光学コーティングとは

- Oct 11, 2018-

光学コーティング-IKS PVD

 

光学コーティングは、層または多層金属(または媒体)薄膜の光学部品表面にコーティングするプロセスである。 光学部品をコーティングする目的は、光の反射、ビームの分割、色の分離、フィルタおよび偏光を低減または増加させることである。 一般的に用いられるコーティング方法としては、真空コーティング(一種の物理的コーティング)と化学的コーティング

 

概要

 

コーティングは、電解質膜の透明層上の材料表面メッキで物理的または化学的方法を使用するか、または金属膜の層でコーティングされており、目的は材料表面の反射および透過特性を変更することである。 可視および赤外線帯域の範囲内で、金属の反射率の大部分は、78%~98%に達するが、98%を超えない。 リフレクター、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、セレン化亜鉛、伝送光学素子を出力窓材料として、あるいは通常の光学ガラスをミラーとして使用するためには、CO2レーザ、銅、モリブデン、シリコン、ゲルマニウムなどを使用し、出力ミラーと伝送光学素子材料は、全反射ミラーの99%以上の要件を満たすことができません。 用途が異なると、出力ミラーの透過率が異なるため、光学コーティング法を使用する必要があります。 赤外線波長帯のCO2レーザーの場合、フッ化イットリウム、フッ化物、プラセオジム、ゲルマニウムなどの一般的なコーティング材。 YAGレーザランプの近赤外帯域または可視帯域には、硫化亜鉛、フッ化マグネシウム、二酸化チタン、ジルコニアなどの一般的なコーティング材料が含まれます。高反射率および半透明性フィルムに加えて、特殊なフィルムには、レーザ周波数倍増技術の分光フィルムのような別の波長に変換することができる。

 

光学コーティングの基本原理

 

光学干渉は、薄膜光学において広く使用されている。 光学薄膜技術の一般的な方法は、さまざまなニーズを満たすために入射ビームに対するベースプレートの反射率および透過率を制御するために使用される真空スパッタリングによってガラス基板上に薄膜を適用することである。 光学部品表面の反射損失をなくし、結像品質を向上させるために、層または多層透明誘電体膜を被覆する。 レーザー技術の発展に伴って、フィルム層の反射率と透過率には異なる要求があり、多層高反射フィルムおよび広帯域透過性フィルムの開発を促進する。 様々なアプリケーションのために、私たちは高反射フィルムを使用して、偏光反射フィルム、色分光光度計、冷たいフィルムと干渉フィルターなどを生産する。光の多重反射と透過の膜層上に表面コーティング後の光学部品、異なる屈折率分布の制御膜の屈折率および厚さを得ることができるが、これはコーティングにおける干渉の基本原理である。

 

コーティングプロセス

 

光学薄膜は、高真空コーティングキャビティ内で実現される。 従来のコーティングプロセスは、より高い基板温度(通常約300 )を 必要とする IADなどのより高度な技術は、室温で行うことができます。 IADプロセスは、従来のコーティングプロセスよりも良好な物理的特性を有するフィルムを製造するだけでなく、プラスチック基材にも適用することができる。 真空メインシステムは2つの極低温ポンプで構成されています。 電子ビーム蒸着、IAD蒸着、光制御、ヒーター制御、真空制御、自動プロセス制御の制御モジュールは、すべてコーターのフロントパネルにあります。

2つの電子銃源は、基板の両側に配置され、円形のフードによって囲まれ、バッフルによって覆われている。 イオン源は中央にあり、光制御窓はイオン源の前にあります。 真空チャンバの上部には、真空チャンバが6つの円形固定具を有する遊星システムを有する。 固定具は、被覆された光学素子を配置するために使用される。 惑星系の使用は、固定具領域内の蒸発材料の均一な分布を保証するための好ましい方法である。 クランプは共通軸上で回転し、それ自身の軸上で回転する。 オプティカルコントロールとクリスタルコントロールは、遊星駆動機構の途中にあります。 後部に大きな開口部があり、高真空ポンプが接続されています。 ベース加熱システムは、真空チャンバの両側に2つの4つの石英ランプで構成されています。

薄膜堆積の従来の方法は、常に熱蒸発または抵抗加熱蒸発源または電子ビーム蒸発源を使用してきた。 膜の特性は主として堆積原子のエネルギーによって決定され、従来の蒸発における原子のエネルギーは約0.1evである。 IAD堆積は、イオン化された蒸気の直接堆積をもたらし、成長膜の活性化エネルギーを通常は50eVのオーダーで増加させる。 イオン源は、イオン銃からのビームを基板表面および成長膜に向けることによって、従来の電子ビーム蒸着の特性を改善する。 主に膜の微細構造に依存する屈折率、吸収およびレーザー損傷閾値などの薄膜光学特性。 膜の微細構造は、残留空気圧および基板温度の影響を受ける可能性がある。 蒸着された原子がベース表面上で低い移動速度を有する場合、フィルムはミクロ孔を含むであろう。 フィルムが湿った空気にさらされると、これらの細孔は徐々に水分で満たされる。

充填密度は、フィルムの全体積(空隙および微細孔を含む)に対するフィルムの固体部分の体積の比として定義される。 光学薄膜の場合、充填密度は通常0.75〜1.0であり、その大部分は0.85〜0.95であり、1.0に達することはめったにない。 充填密度がlより小さいと、蒸発材料の屈折率がそのブロックの屈折率よりも低くなる。 堆積の過程で、各層の厚さは、光学または水晶モニタによって測定される。 これらの技術のそれぞれには長所と短所がありますが、ここでは説明しません。 共通のポイントは、材料が蒸発すると真空中で使用されることです。 したがって、屈折率は、湿った空気にさらされる材料の屈折率ではなく、真空中の気化した材料の屈折率である。 フィルムに吸収された水分は、細孔および隙間に取って代わり、フィルムの屈折率を増加させる。 フィルムの物理的厚さが変化しないので、屈折率のこの増加は光学的厚さの対応する増加を伴い、これはフィルムのスペクトル特性を長波の方向にドリフトさせる。 膜層内の細孔の体積および量によって引き起こされるスペクトルドリフトを減少させるために、高エネルギーイオンを使用して、その運動量を蒸発材料の原子に移動させて、材料の原子の移動速度を大幅に増加させたベース表面での凝縮の間に生じる。

 

コーティングの屈折率

電磁気の基本的な理論によれば、異なる媒体の伝達と反射が言及されている。 n2反射率= [(n2-n1)/(n1 + n2)^ 2 = 4n1n2透過率/(n1 + n2)^ 2

例:空気の屈折率が1.0の場合、ガラスの透過率= 4×1.0×(1)に直接空気による屈折率nc(例えば1.8)(1)ガラス透過率= [4×1.0×1.5 /(1 + 1.5)2]×[4×1.5×1.8(1.5 + 1.8)]になるように空気中で1.8 2 /(1 + 1.8)= 91.84% )/ 2] = 95.2%

可視コーティングされたガラスは、光の透過率を増加させる。 この式に加えて、我々はレンズの両側に浸透する光を計算することができ、美しいレンズの屈折率(1.8)の部分でさえ、浸透率は約85%であることがわかりました。 コーティング(屈折率1.5)の場合、透過率は91%に達することができる。 光学コーティングの重要性が見えます。

 

コーティング厚さ

透過率はコーティングの屈折率に関連していることはすでに知っていますが、その厚さについてはわかりません。 しかしながら、コーティングの厚さに取り組むことができれば、反射光Aと反射光Bとの間の差異を見出すことができる.nc×2d =(N + 1/2)λ(N = 0,1)の場合、 2,3,4,5 ...空気中の光波長に対するラムダは、特定の波長の反射光が破壊的な効果を有するようにすることができるので、反射光の色が変化する。 例えば、緑色光の相殺によって生じるコーティングの厚さであれば、反射光は赤色に現れる。 赤いレンズのように見える市場の多くの望遠鏡は、この原理を使って作られています。 そうであっても、透過光は赤色の現象を起こさない。 多くの複雑な光学系において、反射抑制は非常に重要な作業である。 従って、一組のレンズ間で異なる周波数の反射光を除去するために、異なるコーティング厚さが使用される。 光学系の高度化に伴い、より多くの色が発見されます。

 

光学コーティング材料

一般的な光学コーティング材料は、以下の種類を有する:

1、フッ化マグネシウム

材料特性:無色正方形結晶系粉末、高純度、その光学コーティングの準備と、透過率、崩壊のポイントを向上させることができます。

2、シリカ

材料特性:無色透明結晶、高融点、高硬度、良好な化学安定性。 高純度で、良好な蒸発状態および破裂点なしで、高品質のSiO 2コーティングを調製した。 用途に応じて、紫外線、赤外線、可視光に分けられます。

3、酸化ジルコニウム

材料特性ホワイト重質とアモルファス、高屈折率と高耐熱性、化学安定性、高純度、高品質のジルコニアコーティングの準備、崩壊のポイントではありません。


ZY  -  1913装飾的な真空コーティングマシン