Диэлектрическое покрытие

Преимуществами металлических отражающих пленок являются их простой процесс подготовки и широкий рабочий диапазон длин волн, в то время как их недостатки включают высокие оптические потери и по своей сути ограниченную максимальную отражательную способность. Для повышения отражательной способности металлических отражающих пленок на внешнюю поверхность можно наносить несколько диэлектрических слоев определенной толщины, образуя металл-диэлектрические отражающие покрытия. Следует отметить, что в то время как металл-диэлектрические покрытия улучшают отражательную способность на определенных длинах волн или диапазонах волн, они ставят под угрозу характеристики нейтрального отражения чистых металлических пленок. Полностью диэлектрические отражающие покрытия работают на основе принципов многолучевых помех. В отличие от антибликовых покрытий, нанесение пленочного материала с более высоким показателем преломления, чем подложка на оптическую поверхность, увеличивает отражательную способность. Простейший многослойный отражатель состоит из чередующихся материалов с высоким и низким коэффициентом преломления, нанесенных путем осаждения из паровой фазы, причем оптическая толщина каждого слоя эквивалентна четверти длины волны определенной световой волны. В таких условиях векторы отраженного света на каждой границе раздела имеют одинаковые направления вибрации, что приводит к кумулятивному увеличению амплитуды по мере увеличения количества слоев пленки.

Типы диэлектрических покрытий

Основываясь на функциональности и структуре, оптические тонкопленочные покрытия обычно подразделяются на следующие типы:

1. Однослойное покрытие.

Одиночная диэлектрическая пленка, нанесенная на подложку, обычно для целей антибликового (AR) или высокого отражения (HR). Его можно упростить как эквивалентный интерфейс для анализа коэффициента отражения и пропускания. Когда толщина пленки удовлетворяетNh = λ/4(Н: Показатель преломления,H: Толщина,Λ: Длина волны), достигается максимальный/минимальный коэффициент отражения. ЕслиN <√ (nn₂?)(N₀: Показатель преломления падающей среды,Н₂: Показатель преломления подложки), реализована AR; еслиN> √ (nn₂?), HR достигается. Идеальный AR (N = √ (nn₂?)) Требует редких материалов.

2. Многослойное покрытие

Состоит из нескольких диэлектрических слоев с различными показателями преломления, используемых для высокого отражения, разделения цветов, фильтрации или поляризации. Концепции эквивалентных показателей преломления упрощают анализ. Для слоев толщиной в четверть длины волны (Nh = λ/4), Два слоя с показателями преломленияN1ИН₂Может быть эквивалентно одному слою сN_I = n²/n₂. Общие конструкции включают квартальные (QWOT) и полуволновые (HWOT) стеки с чередующимися высокими/низкими или идентичными показателями преломления.

3. Металлическое покрытие

Металлическая пленка, нанесенная на оптические компоненты для высокого отражения, расщепления луча или поляризации. Коэффициент отражения/пропускания зависит от комплексного показателя преломления металла (N = n'-в", ГдеН'ИН"-Реальные/воображаемые части). Металлы демонстрируют сильное поглощение (большоеН") В видимых длинах волн, с высоким коэффициентом отражения и низким коэффициентом пропускания. Общие материалы: алюминий, серебро, золото, хром.

4. Градиентное покрытие

Диэлектрические пленки с показателями преломления, изменяющимися по толщине или положению, используемые для коррекции дисперсии, деполяризации или широкополосной AR. Градиентные покрытия минимизируют резкие отражения интерфейса. Типы включают:

· Толщина-градиентное покрытие: толщина слоя варьируется пространственно (например, клин/конус).

· Индекс-градиентное покрытие: показатель преломления изменяется непрерывно (например, линейные/экспоненциальные профили).

Применение оптического диэлектрического покрытия

1. Лазеры: лазерные системы требуют стабильных стоячих волн в резонансных полостях для достижения стимулированного излучения и усиления. Высокоотражающие или частично отражающие оптические диэлектрические покрытия наносятся на оба конца полости для формирования механизма обратной связи.

2. Оптические приборы: такие компоненты, как линзы, призмы, фильтры, светоделители и поляризаторы, полагаются на оптические диэлектрические покрытия для повышения производительности и стабильности. Эти покрытия уменьшают потери на отражение, увеличивают коэффициент пропускания, изменяют цвет или поляризацию света и защищают компоненты от факторов окружающей среды, таких как температура, влажность, пыль и царапины.

3. Системы связи: устройства, включая оптические волокна, лазерные диоды, модуляторы, усилители и переключатели, используют оптические диэлектрические покрытия для оптимизации эффективности и отношения сигнал/шум. Они минимизируют вносимые потери, повышают выходную мощность, расширяют полосу пропускания, подавляют шум обратной связи и обеспечивают мультиплексирование длины волны/режима для повышения емкости и гибкости системы.

4. Использование солнечной энергии: солнечные элементы, тепловые энергетические системы и осветительные приборы используют оптические диэлектрические покрытия для повышения эффективности преобразования и долговечности. Эти покрытия улучшают поглощение, уменьшают отражение, регулируют излучательную способность, подавляют тепловое излучение и позволяют избирательно использовать или исключать определенные длины волн Солнца.