Qu'est-ce que le revêtement optique

Revêtement optique-IKS PVD

Le revêtement optique est un processus de revêtement à la surface des pièces optiques d'un film mince ou d'un film métallique multicouche (ou moyen). Le revêtement des pièces optiques a pour objectif de réduire ou d’augmenter la réflexion de la lumière, la division du faisceau, la séparation des couleurs, le filtre et la polarisation. Les méthodes de revêtement couramment utilisées comprennent le revêtement sous vide (un type de revêtement physique) et le revêtement chimique

Vue d'ensemble

Le revêtement consiste à utiliser une méthode physique ou chimique dans le revêtement de surface de matériau sur une couche transparente de membrane électrolytique, ou recouvert d’une couche de film métallique, le but étant de modifier les caractéristiques de réflexion et de transmission de la surface du matériau. Dans le cadre des bandes visible et infrarouge, la réflectivité du métal peut atteindre 78% à 98%, sans être supérieure à 98%. Que ce soit pour le laser CO2, l’utilisation de cuivre, de molybdène, de silicium et de germanium, etc. pour la fabrication de réflecteurs, d’arséniure de germanium et de gallium, de séléniure de zinc et d’élément optique de transmission comme matériau de fenêtre de sortie, ou pour le laser YAG le miroir de sortie et le matériau de l'élément optique de transmission ne peuvent pas satisfaire aux exigences de plus de 99% du miroir à réflexion totale. Différentes applications nécessitent différentes transmittances du miroir de sortie, de sorte que la méthode de revêtement optique doit être utilisée. Pour le laser CO2 dans la bande des ondes infrarouges, le matériau de revêtement couramment utilisé contient du fluorure d’yttrium, du fluorure, du praséodyme, du germanium, etc. Pour la bande proche infrarouge ou visible de la lampe laser YAG, les matériaux de revêtement courants comprennent le sulfure de zinc, le fluorure de magnésium, le dioxyde de titane, la zircone, etc. En plus des films à haute réflectance et translucidité, des films spéciaux peuvent être plaqués pour réfléchir une longueur d'onde et transmettre à une autre longueur d'onde, comme le film spectroscopique en technologie de doublage de fréquence laser.

Principe de base du revêtement optique

Les interférences optiques sont largement utilisées dans les optiques à couches minces. La méthode courante de la technologie des films minces optiques consiste à appliquer un film mince sur un substrat de verre au moyen d’une pulvérisation cathodique sous vide, qui est utilisée pour contrôler la réflectance et la transmittance de la plaque de base au faisceau incident afin de répondre à différents besoins. Afin d'éliminer les pertes de réflexion sur la surface de la pièce optique et d'améliorer la qualité de l'image, une couche ou un film diélectrique transparent multicouche est revêtu. Avec le développement de la technologie laser, il existe différentes exigences en matière de réflectivité et de transmittance de la couche de film, ce qui favorise le développement de films multicouches à haute réflexion et de films à perméabilité à large bande. Pour diverses applications, nous utilisons un film à réflexion élevée pour produire un film réfléchissant polarisant, un spectrophotomètre couleur, un film froid et un filtre interférentiel, etc. Les pièces optiques après revêtement de surface, sur les couches membranaires à réflexion multiple et transmission de la lumière, la formation d'interférences de faisceau multiples et On peut obtenir un indice de réfraction du film de contrôle et une épaisseur de différentes distributions d’intensité, c’est le principe de base des interférences dans le revêtement.

Processus de revêtement

Les films minces optiques sont réalisés dans des cavités de revêtement sous vide poussé. Le procédé de revêtement conventionnel nécessite une température de substrat plus élevée (généralement à environ 300 ° C ); Des techniques plus avancées, telles que l'IAD, peuvent être réalisées à température ambiante. Le procédé IAD produit non seulement des films avec de meilleures propriétés physiques que les procédés de revêtement conventionnels, mais peut également être appliqué sur des substrats en plastique. Le système principal sous vide est composé de deux pompes cryogéniques. Les modules de contrôle de l'évaporation par faisceau d'électrons, du dépôt d'IAD, du contrôle de la lumière, du contrôle du chauffage, du contrôle du vide et du contrôle automatique du processus se trouvent tous sur le panneau avant de la coucheuse.

Les deux sources de canon à électrons sont situées des deux côtés du substrat, entourées d’un capot circulaire et recouvertes par le déflecteur. La source d'ions est au milieu et la fenêtre de contrôle de la lumière est devant la source d'ions. Au sommet de la chambre à vide, la chambre à vide comporte un système planétaire avec six montages circulaires. L'appareil est utilisé pour placer l'élément optique revêtu. L'utilisation de systèmes planétaires est la méthode privilégiée pour assurer la distribution uniforme du matériau évaporé dans la zone du luminaire. La pince tourne sur un axe commun et tourne sur son propre axe. La commande optique et la commande à cristal se situent au centre du mécanisme d’entraînement planétaire. La grande ouverture à l'arrière mène à la pompe à vide poussé jointe. Le système de chauffage de base se compose de quatre lampes à quartz, deux de chaque côté de la chambre à vide.

La méthode traditionnelle de dépôt en couches minces a toujours été l’évaporation thermique ou l’utilisation d’une source d’évaporation à chauffage par résistance ou d’une source d’évaporation à faisceau électronique. Les propriétés des films sont principalement déterminées par l’énergie des atomes déposés et l’énergie des atomes lors de l’évaporation traditionnelle n’est que d’environ 0,1ev. Les dépôts d'IAD entraînent un dépôt direct de vapeur ionisée et augmentent l'énergie d'activation du film en croissance, généralement de l'ordre de 50eV. Les sources ioniques améliorent les propriétés de l'évaporation conventionnelle par faisceau d'électrons en dirigeant le faisceau du canon à ions vers la surface du substrat et le film en croissance. Les propriétés optiques des couches minces, telles que l’indice de réfraction, l’absorption et le seuil d’endommagement du laser, dépendent principalement de la microstructure de la membrane. La microstructure des films peut être affectée par la pression atmosphérique résiduelle et la température du substrat. Si les atomes déposés par évaporation ont un faible taux de migration à la surface de la base, le film contiendra des micropores. Lorsque le film est exposé à l'air humide, ces pores se remplissent progressivement d'humidité.

La densité de remplissage est définie comme le rapport entre le volume de la partie solide du film et le volume total du film (y compris les vides et les micropores). Pour les films minces optiques, la densité de remplissage est généralement de 0,75 à 1,0, la plupart d'entre eux étant de 0,85 à 0,95 et atteignant rarement 1,0. La densité de remplissage inférieure à 1 rend l'indice de réfraction du matériau évaporé inférieur à celui de son bloc. En cours de dépôt, l'épaisseur de chaque couche par moniteur optique ou à quartz. Chacune de ces technologies présente des avantages et des inconvénients, qui ne sont pas abordés ici. Le point commun est que lorsque les matériaux sont vaporisés, ils sont utilisés sous vide. Par conséquent, l'indice de réfraction est l'indice de réfraction des matériaux vaporisés sous vide, plutôt que l'indice de réfraction des matériaux exposés à l'air humide. L'humidité absorbée par le film remplace les micropores et les interstices, ce qui augmente l'indice de réfraction du film. L'épaisseur physique du film demeurant inchangée, cette augmentation de l'indice de réfraction s'accompagne de l'augmentation correspondante de l'épaisseur optique, qui entraîne à son tour une dérive des caractéristiques spectrales du film vers la direction des ondes longues. Afin de réduire la dérive spectrale provoquée par le volume et la quantité de micropores dans la couche membranaire, des ions de haute énergie ont été utilisés pour transférer leur impulsion aux atomes du matériau en évaporation, augmentant ainsi considérablement le taux de migration des atomes du matériau pendant la condensation à la surface de la base.

L'indice de réfraction du revêtement

Selon la théorie de base de l'électromagnétisme, la transmission et la réflexion de différents supports sont mentionnées. Si n1 incident perpendiculaire par le support à la réflectivité n2 = [(n2 - n1) / (n1 + n2) ^ 2 = 4 n1n2 taux de pénétration / (n1 + n2) ^ 2

Exemples: si l’indice de réfraction de l’air est égal à 1,0, l’indice de réfraction d’un revêtement (par exemple: 1,5), nc l’indice de réfraction du verre n (par exemple: 1,8) (1) directement par l’air dans le verre = 4 x 1,0 x 1,8 2 / (1 + 1,8) = 91,84% (2) par voie aérienne dans le revêtement puis dans le verre = = [4 x 1,0 x 1,5 / (1 + 1,5) 2] x [4 * 1,5 * 1,8 (1,5 + 1,8) ) / 2] = 95,2%

Le verre à couche visible augmentera la transmission de la lumière. En plus de cette formule, nous pouvons calculer la lumière pénètre les deux côtés de la lentille, même un morceau de la magnifique indice de réfraction de la lentille (1.8), la pénétrabilité d’environ 85%. Avec un revêtement (indice de réfraction de 1,5), la transmittance peut atteindre 91%. L'importance du revêtement optique peut être vu.

Epaisseur du revêtement

Nous savons déjà que le facteur de transmission est lié à l'indice de réfraction du revêtement, mais nous ne connaissons pas son épaisseur. Cependant, si nous pouvons travailler sur l'épaisseur du revêtement, nous trouverons la différence entre la lumière réfléchie A et la lumière réfléchie B. Si nc x 2 d = (N + 1/2) lambda où N = 0,1, 2,3,4,5 ... Lambda pour les longueurs d'onde de la lumière dans l'air peut provoquer une destruction de la lumière réfléchie de longueurs d'onde spécifiques, de sorte que la couleur de la lumière réfléchie change. Par exemple, si l’épaisseur du revêtement est provoquée par l’annulation de la lumière verte, la lumière réfléchie apparaîtra en rouge. De nombreux télescopes sur le marché qui ressemblent à des lentilles rouges sont fabriqués selon ce principe. Même dans ce cas, le phénomène de lumière transmise n'est pas incliné vers le rouge. Dans de nombreux systèmes optiques complexes, la suppression de la réflexion est un travail très important. Par conséquent, une épaisseur de revêtement différente est utilisée pour éliminer la lumière réfléchie de fréquence différente entre un ensemble de lentilles. Donc, plus le système optique est avancé, plus il y aura de couleurs.

Matériaux de revêtement optique

Le matériau de revêtement optique commun a les types suivants:

1, fluorure de magnésium

Caractéristiques des matériaux: poudre de système cristallin carré incolore, haute pureté, avec sa préparation de revêtement optique peut améliorer la transmittance, aucun point de chute.

2, silice

Caractéristiques du matériau: cristal incolore et transparent, point de fusion élevé, dureté élevée, bonne stabilité chimique. Avec un degré de pureté élevé, un revêtement de Si02 de haute qualité a été préparé avec ce produit, avec un bon état d'évaporation et aucun point de rupture. Selon les besoins, les besoins sont divisés en ultraviolets, infrarouges et visibles.

3, oxyde de zirconium

Caractéristiques du matériau Blanc épais et amorphe, résistance élevée à l'indice de réfraction et aux températures élevées, stabilité chimique, haute pureté, avec sa préparation de revêtement de zircone de haute qualité, non point d'affaissement.