Εισαγωγή και ταξινόμηση των οπτικών επικάλυψεων

Στην καθαρή οθόνη των smartphones, στις εικόνες μακρινών γαλαξιών που καταγράφονται από αστρονομικά τηλεσκόπια, και στα ακριβή χειρουργεία των χειρουργείων λέιζερ,μια "αόρατη τεχνολογία" παίζει κεντρικό ρόλο - αυτή είναι η οπτική επίστρωσηΠρόκειται για ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα υλικού που αποθηκεύεται στην επιφάνεια των οπτικών υποστρωμάτων μέσω μιας ειδικής διαδικασίας, συνήθως μόνο σε επίπεδο νανομέτρου σε πάχος,Αλλά μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια την αντανάκλαση.Οι εφαρμογές οπτικών επικαλύψεων είναι πανταχού παρούσες.από τα αγαθά καθημερινής κατανάλωσης έως τομείς τεχνολογίας αιχμήςΤο άρθρο αυτό θα ερμηνεύσει συστηματικά την ουσία της οπτικής επικάλυψης και θα επικεντρωθεί σε τρία βασικά προϊόντα: AR anti-reflection film, HR high reflection film and filter,Αποκαλύπτοντας τα τεχνικά τους μυστήρια και τις αξίες εφαρμογής τους.

Η οπτική επικάλυψη δεν είναι μια ενιαία τεχνολογία, αλλά ένας γενικός όρος για μια κατηγορία διαδικασιών που σχηματίζουν λεπτές ταινίες στην επιφάνεια οπτικών υποστρωμάτων όπως γυαλί, πλαστικό,και μέταλλο με φυσικές ή χημικές μεθόδουςΗ βασική αρχή βασίζεται στο φαινόμενο της παρεμβολής του φωτός - όταν δύο δέσμες φωτός με την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης συναντιούνται.θα έχουν αποτέλεσμα αμοιβαίας ενίσχυσης (δομητική παρεμβολή) ή αποδυνάμωσης (καταστροφική παρεμβολή)Με τον ακριβή σχεδιασμό του υλικού, του πάχους και του αριθμού των στρωμάτων του φιλμ, οι μηχανικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτή την αρχή για να επιτύχουν κατευθυντικό έλεγχο του φωτός.

Οι κοινές διαδικασίες επίχρισής περιλαμβάνουν την φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) και τη χημική εναπόθεση ατμών (CVD).Δοκιμαστικό υλικό για την κατασκευή ή την κατασκευή οχημάτωνΤο υλικό επικάλυψης μπορεί να ατομικευθεί και να αποθηκευθεί ομοιόμορφα στην επιφάνεια του υποστρώματος σε περιβάλλον υψηλού κενού, εξασφαλίζοντας την καθαρότητα και την ομοιότητα του φιλμ.η διαδικασία CVD παράγει ταινίες μέσω χημικών αντιδράσεων και είναι πιο κατάλληλη για την παρασκευή επικάλυψης με ειδικές λειτουργίεςΑνεξάρτητα από τη διαδικασία που υιοθετείται, υπάρχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για την περιβαλλοντική καθαριότητα, τον έλεγχο της θερμοκρασίας και τον ρυθμό αποθέματος.Ακόμη και η παραμικρή απόκλιση μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία της απόδοσης της επικάλυψης.

Οι οπτικές συσκευές που δεν έχουν υποβληθεί σε επεξεργασία επίστρωσης έχουν συχνά εμφανή ελαττώματα.Για κάμερα που αποτελείται από 10 φακούς, η απώλεια αντανάκλασης από μόνη της μπορεί να εμποδίσει πάνω από το 40% του φωτός από το να φτάσει στον αισθητήρα, με αποτέλεσμα μια αμυδρή εικόνα που συνοδεύεται από έντονη λάμψη.Η εμφάνιση της οπτικής επικάλυψης είναι ακριβώς για να λύσει αυτά τα προβλήματαΕίναι σαν να βάζουμε μια "ασπίδα απόδοσης" για οπτικές συσκευές, κάνοντας την διάδοση και τη χρήση του φωτός πιο σύμφωνη με τις πραγματικές ανάγκες.

Η αντι-αντανάκλαση AR είναι η οπτική επίστρωση που είναι πιο κοντά στην καθημερινή ζωή.Τα γυαλιά μυωπίας που φοράμε, οι οθόνες των κινητών μας τηλεφώνων και οι φακοί των φωτογραφικών μηχανών σχεδόν όλοι βασίζονται στην υποστήριξή του.

Η αρχή λειτουργίας της αντιαντανάκλασης AR είναι μια τυπική εφαρμογή της παρεμβολής ακύρωσης.Το πιο συνηθισμένο είναι το διοξείδιο του πυριτίουΟι μηχανικοί θα ελέγχουν με ακρίβεια το πάχος του στρώματος του φιλμ σε ένα τέταρτο του μήκους κύματος του φωτός.μέρος του φωτός θα αντανακλάται από την άνω επιφάνεια του στρώματος φιλμ, ενώ το άλλο μέρος θα διεισδύσει στο στρώμα του φιλμ και θα αντανακλάται από τη διεπαφή μεταξύ του στρώματος του φιλμ και του υποστρώματος.Η διαφορά οπτικής διαδρομής μεταξύ αυτών των δύο αντανακλούμενων ακτίνων φωτός είναι ακριβώς μισό μήκος κύματοςΌταν συναντιούνται, ακυρώνουν η μία την άλλη, μειώνοντας έτσι σημαντικά την ανακλαστικότητα.

Οι πρώτες αντι-αντανακλαστικές επικάλυψεις AR ήταν ως επί το πλείστον μονοστρωμμένες δομές και μπορούσαν να επιτύχουν μόνο αντι-αντανακλαστικά αποτελέσματα σε συγκεκριμένα μήκη κύματος, με περιορισμένο εύρος εφαρμογής.Οι σύγχρονες ταινίες αντιαντανάκλασης AR έχουν εξελιχθεί σε πολυεπίπεδες σύνθετες δομέςΜε την επικάλυψη στρωμάτων φιλμ διαφορετικών υλικών και πάχους,η αντανάκλαση μπορεί να μειωθεί σε λιγότερο από 1% και η διαπερατότητα του φωτός μπορεί να αυξηθεί σε πάνω από 95% σε όλο το φάσμα ορατού φωτός (400-700nm)Ορισμένες ταινίες AR υψηλής ποιότητας προσθέτουν επίσης υδροφοβικά και ολεοφοβικά στρώματα, τα οποία μπορούν όχι μόνο να μειώσουν την αντανάκλαση, αλλά και να αποτρέψουν τα δακτυλικά αποτυπώματα και τα λεκέδες,Γίνεται μια "κανονική" τεχνολογία για τις οθόνες των smartphone.

Η αξία των ταινιών αντι-αντανάκλασης AR έχει αποδειχθεί πλήρως σε διάφορους τομείς.η ταινία AR στην επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών μπορεί να αυξήσει τη διαπερατότητα του φωτός κατά 5% έως 10%Η Επιτροπή θα πρέπει να λάβει υπόψη της την ανάγκη να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, πράγμα που έχει μεγάλη σημασία για την αξιοποίηση των νέων πηγών ενέργειας.η ταινία AR στα παρμπρίζ αεροσκαφών μπορεί να μειώσει τις παρεμβολές της αντανάκλασης του ηλιακού φωτός στην όραση των πιλότων και να βελτιώσει την ασφάλεια πτήσηςΣτον ιατρικό εξοπλισμό, η ταινία AR στον φακό του ενδοσκόπου επιτρέπει στους γιατρούς να λαμβάνουν σαφέστερες εσωτερικές εικόνες, παρέχοντας εγγύηση για ακριβή διάγνωση.

Σε αντίθεση με τη λειτουργία "αντι-αντανάκλασης" της αντι-αντανάκλασης AR, ο βασικός ρόλος της υψηλής αντανάκλασης HR είναι να μεγιστοποιήσει την αντανάκλαση των οπτικών επιφανειών,με αποτέλεσμα αντανάκλαση άνω του 99%Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως σε σενάρια που απαιτούν ακριβή αντανάκλαση του φωτός.

Η αρχή λειτουργίας της ταινίας υψηλής αντανάκλασης HR βασίζεται στην αμοιβαία παρεμβολή,και η δομή του είναι συνήθως εναλλασσόμενη επικάλυψη υλικού υψηλού δείκτη διάθλασης + υλικού χαμηλού δείκτη διάθλασηςΌταν το φως λάμπει στο σύστημα στρωμάτων φιλμ, το ανακλασμένο φως από κάθε στρώμα θα ενισχύσει το ένα το άλλο λόγω της συνεπής φάσης, σχηματίζοντας έτσι ένα εξαιρετικά ισχυρό αποτέλεσμα αντανάκλασης.Ο αριθμός των στρωμάτων φιλμ καθορίζει άμεσα την απόδοση αντανάκλασης - ένα σύστημα φιλμ με περίπου 10 στρώματα μπορεί να επιτύχει ποσοστό αντανάκλασης άνω του 95%, ενώ ένα σύστημα ταινιών υψηλής ακρίβειας με περισσότερα από 30 στρώματα μπορεί να υπερβαίνει το ποσοστό αντανάκλασης του 99,9%.Η ταινία υψηλής αντανάκλασης HR όχι μόνο έχει υψηλότερη αντανάκλαση, αλλά αποφεύγει επίσης τα ελαττώματα των μεταλλικών υλικών, όπως η εύκολη οξείδωση και η απορρόφηση της φωτεινής ενέργειαςΔείχνει ιδιαίτερα καλή απόδοση στις υπέρυθρες και υπεριώδεις ζώνες.

Η τεχνολογία λέιζερ είναι το βασικό σενάριο εφαρμογής της ταινίας υψηλής αντανάκλασης HR.Η αντηλιακή κοιλότητα του λέιζερ απαιτεί ένα ζευγάρι υψηλής αντανάκλασης καθρέφτες για να επιτευχθεί αμοιβαία αντανάκλαση και ενίσχυση του φωτόςΟ ένας από τους καθρέφτες χρησιμοποιεί ταινία υψηλής αντανάκλασης HR για την επίτευξη σχεδόν 100% αντανάκλασης, ενώ ο άλλος χρησιμοποιεί ταινία μερικής αντανάκλασης για την έκδοση της ακτίνας λέιζερ.Χωρίς τον ακριβή έλεγχο των ταινιών υψηλής αντανάκλασης HR, τα λέιζερ δεν μπορούν να παράγουν σταθερή ενέργεια, και τεχνολογίες όπως η βιομηχανική κοπή, τα ιατρικά λέιζερ και το lidar θα ήταν όλα εκτός συζήτησης.

Στο πεδίο της αστρονομικής παρατήρησης, οι ταινίες υψηλής αντανάκλασης HR είναι επίσης απαραίτητες.που μπορούν να αντανακλούν αποτελεσματικά το αδύναμο φως από μακρινά ουράνια σώματα και να βοηθήσουν τους ανθρώπους να τραβήξουν εικόνες γαλαξιών δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριάΣτο πεδίο του φωτισμού, μετά την επεξεργασία των αντανακλαστών των λαμπτήρων LED με επικάλυψη HR, μπορούν να συγκεντρώσουν το φως και να το εκπέμπουν σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση,σημαντική βελτίωση της απόδοσης του φωτισμού και μείωση της σπατάλης ενέργειαςΕπιπλέον, σε εξοπλισμό όπως προβολείς και φωτισμός σκηνής, οι ταινίες υψηλής αντανάκλασης HR διαδραματίζουν επίσης κρίσιμο ρόλο στην καθοδήγηση του φωτός.

Αν οι ταινίες AR και HR είναι η "συνολική ρύθμιση" του φωτός,τότε τα φίλτρα είναι τα "ακριβή φίλτρα" του φωτός - μπορούν επιλεκτικά να επιτρέψουν το φως συγκεκριμένων μήκων κύματος να περάσει ενώ μπλοκάρουν το φως άλλων μήκων κύματοςΣύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους διαλογής, τα φίλτρα μπορούν να ταξινομηθούν σε τύπους απορρόφησης,τύπος παρεμβολής και τύπος πόλωσηςΜεταξύ αυτών, τα φίλτρα τύπου παρεμβολής έχουν γίνει το κύριο ρεύμα στις βιομηχανικές εφαρμογές λόγω της υψηλής ακρίβειας και της σταθερής απόδοσής τους.

Η αρχή λειτουργίας των φίλτρων παρεμβολών είναι παρόμοια με αυτή των ταινιών AR και HR, και οι δύο βασίζονται στο φαινόμενο παρεμβολής του φωτός, αλλά οι δομές τους είναι πιο περίπλοκες.Ελέγχει με ακρίβεια τις εποικοδομητικές και καταστροφικές παρεμβολές του φωτός με διαφορετικά μήκη κύματος τοποθετώντας δεκάδες ή ακόμη και εκατοντάδες στρώματα διηλεκτρικών ταινιών, επιτυγχάνοντας έτσι την "απελευθέρωση" των στόχων μήκους κύματος και την "διακοπή" των παρεμβατικών μήκων κύματος.ένα κοινό φίλτρο στενής ζώνης μπορεί να επιτρέψει μόνο ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος (όπως το κόκκινο φως 650nm) να περάσει, με εύρος ζώνης ελεγχόμενο εντός λίγων νανομέτρων, που ισοδυναμεί με την εγκατάσταση "μονοχρωματικών γυαλιών" στο οπτικό σύστημα.

Στον τομέα της ψηφιακής απεικόνισης, τα φίλτρα αποτελούν τον πυρήνα της χρωματικής απεικόνισης.Αυτό πρέπει να επιτευχθεί μέσω μιας σειράς φίλτρων χρώματος (CFA) που καλύπτει την επιφάνεια του αισθητήρα - αυτή η σειρά αποτελείται από μεγάλο αριθμό κόκκινων, πράσινες και μπλε μονάδες φίλτρου, οι οποίες αντίστοιχα φιλτράρουν το φως των αντίστοιχων μήκων κύματος και στη συνέχεια συνθέτουν έγχρωμες εικόνες μέσω αλγορίθμων.το φίλτρο υπεριώδους ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται συνήθως στους φακούς φωτογραφικής μηχανής μπορεί να εμποδίσει τις υπεριώδεις ακτίνες και να αποτρέψει την εμφάνιση ομίχλης στην εικόναΤα φίλτρα διακοπής υπέρυθρου μπορούν να φιλτράρουν το υπέρυθρο φως για να εξασφαλίσουν την ακρίβεια της αναπαραγωγής χρώματος.

Στον τομέα της ιατρικής διάγνωσης, η ακριβής ικανότητα ελέγχου των φίλτρων διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο.Ο ανιχνευτής γλυκόζης στο αίμα μπορεί να εντοπίσει το φωτεινό σήμα που παράγεται από την αντίδραση μεταξύ γλυκόζης στο αίμα και του αντιδραστήρα δοκιμής μέσω ενός φίλτρου συγκεκριμένου μήκους κύματος.Τα μικροσκόπια φθορισμού χρησιμοποιούν φίλτρα για να διαχωρίσουν το φως διέγερσης από τα σήματα φθορισμού,επιτρέποντας στους ερευνητές να παρατηρούν με σαφήνεια τις φθοριούμενες ουσίες μέσα στα κύτταρα- στην περιβαλλοντική παρακολούθηση,τα όργανα ανίχνευσης αερίων μπορούν να ανιχνεύσουν με ακρίβεια τη συγκέντρωση ρύπων στον αέρα φιλτράροντας τα χαρακτηριστικά μήκη κύματος απορρόφησης του αερίου-στόχου μέσω φίλτρωνΣτο πεδίο της ασφάλειας, τα υπέρυθρα φίλτρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με κάμερες νυχτερινής όρασης για τη λήψη καθαρών υπέρυθρων εικόνων σε σκοτεινά περιβάλλοντα.

Με την εξέλιξη της τεχνολογίας, η τεχνολογία οπτικής επικάλυψης κινείται προς την κατεύθυνση του να είναι "λιγότερη, πιο έξυπνη και πιο ολοκληρωμένη".Η τεχνολογία υπερλεπτής ευέλικτης επικάλυψης έχει επιτύχει μια σημαντική πρόοδο και μπορεί να εφαρμοστεί στο ευέλικτο γυαλί των αναδιπλούμενων οθονών κινητών τηλεφώνωνΤο σύστημα αυτό διατηρεί όχι μόνο την αντιανδρωτικότητα και την αντιαγροτική απόδοση, αλλά μπορεί επίσης να προσαρμοστεί σε επανειλημμένη κάμψη.έχουν εμφανιστεί νέα προϊόντα όπως η ηλεκτροχρωματική επίστρωση και η θερμοχρωματική επίστρωσηΜπορούν να ρυθμίζουν δυναμικά τη διαπερατότητα ή την αντανάκλαση του φωτός σύμφωνα με εξωτερικά σήματα και μπορούν να εφαρμοστούν σε σενάρια όπως τα έξυπνα παράθυρα αυτοκινήτων και τα προσαρμοστικά γυαλιά στο μέλλον.

Εν τω μεταξύ, σε ακραίες περιβαλλοντικές εφαρμογές, η απόδοση των οπτικών επικαλύψεων επίσης βελτιώνεται συνεχώς.Ειδικές επικάλυψεις που είναι ανθεκτικές στις ακτινοβολίες και τις υψηλές θερμοκρασίες έχουν εφαρμοστεί στον οπτικό εξοπλισμό των ανιχνευτών του ΆρηΓια την εξερεύνηση των βαθέων υδάτων, η ανθεκτική σε υψηλή πίεση και ανθεκτική στη διάβρωση επικάλυψη εξασφαλίζει τη σταθερή λειτουργία των υποβρυχίων καμερών.Οι νέες επιχρίσεις με βάση το γραφένιο και τα διμερή υλικά γίνονται ένα ερευνητικό ζεστό σημείο, και αναμένεται να επιτύχουν καλύτερες οπτικές επιδόσεις και ευρύτερο φάσμα σενάριων εφαρμογής.

Από τις καθημερινές ανάγκες έως την τεχνολογία αιχμής, η οπτική επίστρωση, με την ακριβή ικανότητα ρύθμισης του φωτός, έχει γίνει το βασικό στήριγμα της σύγχρονης οπτικής τεχνολογίας.Η ταινία αντι-αντανάκλασης AR καθιστά το οπτικό μας πεδίο πιο καθαρόΗ ταινία υψηλής αντανάκλασης HR κάνει την αξιοποίηση του φωτός πιο αποτελεσματική και το φίλτρο κάνει την εξαγωγή των φωτεινών σημάτων πιο ακριβή.Αυτές οι "αόρατες ταινίες" θα δημιουργήσουν αξία σε περισσότερους τομείς και θα παρέχουν πιο ισχυρά εργαλεία για την ανθρωπότητα να εξερευνήσει τον κόσμο του φωτός..