Introduzione e classificazione dei rivestimenti ottici

Nella lucida visualizzazione degli schermi degli smartphone, nelle immagini di galassie lontane catturate dai telescopi astronomici, e nelle precise sale operatorie dei chirurgi laser,una "tecnologia invisibile" sta svolgendo un ruolo fondamentale - si tratta di un rivestimento otticoSi tratta di uno strato di materiale ultra sottile depositato sulla superficie dei substrati ottici mediante un processo speciale, di solito solo a livello nanometrico di spessore,eppure può controllare con precisione il riflesso, trasmissione, assorbimento e altre proprietà della luce, che consentono ai dispositivi ottici di superare i colli di bottiglia delle prestazioni.dal settore dei beni di consumo quotidiani a quello delle tecnologie di puntaQuesto articolo interpreterà sistematicamente l'essenza del rivestimento ottico e si concentrerà su tre prodotti principali: film anti-riflessione AR, film e filtro ad alta riflessione HR,rivelare i loro misteri tecnici e i loro valori applicativi.

Il rivestimento ottico non è una singola tecnologia ma un termine generale per una categoria di processi che formano film sottili sulla superficie di substrati ottici quali vetro, plastica,e metallo mediante metodi fisici o chimiciIl principio fondamentale si basa sul fenomeno delle interferenze luminose: quando due fasci di luce con la stessa frequenza e una differenza di fase costante si incontrano,producono un effetto di mutuo rafforzamento (interferenza costruttiva) o indebolimento (interferenza distruttiva)Progettando con precisione il materiale, lo spessore e il numero di strati della pellicola, gli ingegneri possono utilizzare questo principio per ottenere il controllo direzionale della luce.

I processi di rivestimento più comuni sono la deposizione fisica di vapore (PVD) e la deposizione chimica di vapore (CVD).sputtering magnetronico e altri metodi. può atomizzare il materiale di rivestimento e depositarlo uniformemente sulla superficie del substrato in un ambiente ad alto vuoto, garantendo la purezza e l'uniformità del film.il processo CVD genera film attraverso reazioni chimiche ed è più adatto per la preparazione di rivestimenti con funzioni specialiNon importa quale processo sia adottato, ci sono requisiti estremamente elevati per la pulizia ambientale, il controllo della temperatura e il tasso di deposizione.Anche la minima deviazione può portare a un fallimento delle prestazioni del rivestimento.

I dispositivi ottici che non hanno subito un trattamento di rivestimento presentano spesso difetti evidenti: ad esempio, la superficie del vetro ordinario riflette circa il 4% al 5% della luce visibile.Per una fotocamera composta da 10 lenti, la sola perdita di riflessione può impedire a oltre il 40% della luce di raggiungere il sensore, con conseguente immagine debole accompagnata da forte abbagliamento.L'emergere del rivestimento ottico è proprio per risolvere questi problemiÈ come indossare una "armatura di prestazioni" per i dispositivi ottici, rendendo la propagazione e l'utilizzo della luce più in linea con i bisogni reali.

Il rivestimento antiriflesso AR è il rivestimento ottico più vicino alla vita quotidiana.Gli occhiali miopi che indossiamo, gli schermi dei nostri telefoni cellulari e le lenti delle nostre fotocamere quasi tutti si basano sul suo supporto.

Il principio di funzionamento del rivestimento antiriflesso AR è un'applicazione tipica dell'interferenza di cancellazione.il più comune dei quali è il biossido di silicioL'ingegnere controllerà con precisione lo spessore dello strato di pellicola ad un quarto della lunghezza d'onda della luce.una parte della luce sarà riflessa dalla superficie superiore dello strato di pellicola, mentre l'altra parte penetra nello strato di pellicola e viene riflessa dall'interfaccia tra lo strato di pellicola e il substrato.La differenza di percorso ottico tra questi due raggi di luce riflessa è esattamente la metà della lunghezza d'ondaQuando si incontrano, si annullano a vicenda, riducendo così significativamente la riflettività.

I primi rivestimenti antiriflesso AR erano per lo più strutture a strato singolo e potevano ottenere effetti antiriflesso solo a lunghezze d'onda specifiche, con gamme di applicazione limitate.Le moderne pellicole antiriflesso AR si sono sviluppate in strutture composite a più strati. superponendo strati di pellicole di materiali e spessori diversi,la riflettività può essere ridotta a meno dell'1% e la trasmittanza luminosa può essere aumentata a oltre il 95% su tutto lo spettro della luce visibile (400-700 nm)Alcuni film AR di fascia alta aggiungono anche strati idrofobici e oleofobici, che possono non solo ridurre la riflessione, ma anche prevenire impronte digitali e macchie,diventando una tecnologia "standard" per gli schermi degli smartphone.

Il valore delle pellicole antiriflesso AR è pienamente dimostrato in vari campi.la pellicola AR sulla superficie dei pannelli solari può aumentare la trasmissione della luce del 5% al 10%In particolare, la Commissione ha adottato una proposta di direttiva relativa all'implementazione di un sistema di controllo delle emissioni di gas di scarico, che si traduce direttamente in un miglioramento dell'efficienza della generazione di energia, che è di grande importanza per l'utilizzo delle nuove energie.la pellicola AR sui parabrezza degli aeromobili può ridurre l'interferenza del riflesso della luce solare sulla visione dei piloti e migliorare la sicurezza dei voliIn attrezzature mediche, la pellicola AR sulla lente dell'endoscopio consente ai medici di ottenere immagini interne più chiare, garantendo una diagnosi precisa.

Contrariamente alla funzione "anti-riflessione" del rivestimento anti-riflessione AR, il ruolo centrale del rivestimento ad alta riflessione HR è quello di massimizzare la riflettività delle superfici ottiche,con un effetto di riflessione superiore al 99%, che supera di gran lunga la capacità di riflessione degli specchi metallici ordinari. Pertanto, è ampiamente utilizzato in scenari che richiedono un riflesso della luce preciso.

Il principio di funzionamento della pellicola ad alto riflesso HR si basa sull'interferenza reciproca,e la sua struttura è di solito una sovrapposizione alternata di "materiale ad alto indice di rifrazione + materiale a basso indice di rifrazione"Quando la luce risplende sul sistema di strati di pellicola, la luce riflessa da ogni strato si rafforzerà a vicenda a causa della fase coerente, formando così un effetto di riflessione estremamente forte.Il numero di strati di pellicola determina direttamente le prestazioni di riflessione - un sistema di pellicola con circa 10 strati può raggiungere un tasso di riflessione superiore al 95%, mentre un sistema di pellicole ad alta precisione con più di 30 strati può superare il 99,9% di riflessione rispetto ai tradizionali strati riflettenti in metallo come pellicole di alluminio e pellicole d'argento.La pellicola ad alta riflettività HR non solo ha una maggiore riflettività, ma evita anche i difetti dei materiali metallici come la facile ossidazione e l'assorbimento dell'energia luminosaSi presta particolarmente bene nelle bande infrarosse e ultraviolette.

La tecnologia laser è lo scenario di applicazione principale della pellicola ad alta riflettività HR.La cavità di risonanza del laser richiede un paio di specchi ad alto riflettore per ottenere riflessione reciproca e amplificazione della luceUno degli specchi utilizza una pellicola ad alto riflettente HR per ottenere una riflessione di quasi il 100%, mentre l'altro utilizza una pellicola parziale riflettente per emettere il raggio laser.Senza il controllo preciso di pellicole ad alta riflettività, i laser non possono produrre energia stabile, e tecnologie come il taglio industriale, i laser medici e il lidar sarebbero fuori discussione.

Nel campo dell'osservazione astronomica sono indispensabili anche le pellicole ad alta riflessione dell'HR.che possono riflettere efficacemente la debole luce di corpi celesti lontani e aiutare gli umani a catturare immagini di galassie a miliardi di anni luce di distanzaNel campo dell'illuminazione, dopo che i bicchieri riflettenti delle lampade a LED sono stati trattati con un rivestimento HR, possono concentrare la luce ed emetterla in una direzione specifica.miglioramento significativo dell'efficienza dell'illuminazione e riduzione degli sprechi energeticiInoltre, in apparecchiature quali proiettori e illuminazione da palcoscenico, le pellicole ad alta riflettività HR svolgono anche un ruolo cruciale nella guida della luce.

Se i film AR e HR sono la "regolazione completa" della luce,allora i filtri sono i "filtri precisi" della luce - possono permettere selettivamente alla luce di lunghezze d'onda specifiche di passare mentre bloccano la luce di altre lunghezze d'onda, soddisfacendo così le esigenze di estrazione del segnale luminoso in diversi scenari.tipo di interferenza e tipo di polarizzazione, ecc. Tra questi, i filtri a interferenza sono diventati la corrente principale nelle applicazioni industriali a causa della loro elevata precisione e prestazioni stabili.

Il principio di funzionamento dei filtri di interferenza è simile a quello dei film AR e HR, entrambi basati sul fenomeno di interferenza della luce, ma le loro strutture sono più complesse.Controlla con precisione le interferenze costruttive e distruttive della luce di lunghezze d'onda diverse sovrapponendo decine o addirittura centinaia di strati di film dielettrico, ottenendo così il "rilascio" delle lunghezze d'onda bersaglio e l'"intercettazione" delle lunghezze d'onda interferenti.un filtro a banda stretta comune può permettere solo un passaggio di una lunghezza d'onda specifica (come la luce rossa a 650 nm), con una larghezza di banda controllata entro pochi nanometri, equivalente all'installazione di "occhiali monocromatici" sul sistema ottico.

Nel campo dell'imaging digitale, i filtri sono al centro dell'imaging a colori.Questo deve essere ottenuto attraverso una matrice di filtri a colori (CFA) che copre la superficie del sensore - questa matrice è composta da un gran numero di filtri rossi, unità di filtro verde e blu, che rispettivamente schermano la luce delle corrispondenti lunghezze d'onda e quindi sintetizzano le immagini a colori attraverso algoritmi.il filtro UV comunemente utilizzato nelle lenti della fotocamera può bloccare i raggi ultravioletti e impedire che l'immagine abbia un aspetto nebbiosoI filtri a taglio infrarossi possono filtrare la luce infrarossa per garantire l'accuratezza della riproduzione del colore.

Nel campo della diagnosi medica, la capacità di screening precisa dei filtri svolge un ruolo cruciale.Il rilevatore di glucosio nel sangue può identificare il segnale luminoso prodotto dalla reazione tra glucosio nel sangue e il reagente di prova attraverso un filtro di una lunghezza d'onda specificaI microscopi a fluorescenza utilizzano filtri per separare la luce di eccitazione dai segnali di fluorescenza.consentendo ai ricercatori di osservare chiaramente le sostanze contrassegnate in modo fluorescente all'interno delle cellule- nel monitoraggio ambientale,Gli strumenti di rilevamento dei gas possono rilevare con precisione la concentrazione di inquinanti nell'aria filtrando le lunghezze d'onda di assorbimento caratteristiche del gas bersaglio attraverso filtriNel campo della sicurezza, i filtri a infrarossi possono essere utilizzati in combinazione con le telecamere di visione notturna per catturare immagini a infrarossi chiare in ambienti bui.

Con lo sviluppo della tecnologia, la tecnologia di rivestimento ottico si sta muovendo verso la direzione di essere "più sottile, più intelligente e più versatile".la tecnologia di rivestimento flessibile ultra-sottile ha raggiunto una svolta e può essere applicata al vetro flessibile di schermi pieghevoli di telefoni cellulariNon solo mantiene prestazioni anti-trasmissione e anti-graffi, ma può anche adattarsi a piegature ripetute.sono emersi nuovi prodotti quali il rivestimento elettrochromico e il rivestimento termocromoPossono regolare dinamicamente la trasmittanza o la riflettività della luce in base a segnali esterni e possono essere applicati in futuro a scenari come le finestre di auto intelligenti e gli occhiali adattivi.

Nel frattempo, nelle applicazioni ambientali estreme, anche le prestazioni dei rivestimenti ottici sono in costante miglioramento.Sono stati applicati rivestimenti speciali resistenti alle radiazioni e alle alte temperature alle apparecchiature ottiche delle sonde marzianePer l'esplorazione in acque profonde, il rivestimento resistente all'alta pressione e alla corrosione garantisce il funzionamento stabile delle telecamere subacquee.nuovi rivestimenti a base di grafene e materiali bidimensionali stanno diventando un punto di riferimento per la ricerca, e dovrebbero ottenere prestazioni ottiche migliori e una gamma più ampia di scenari di applicazione.

Dalle necessità quotidiane alla tecnologia all'avanguardia, il rivestimento ottico, con la sua capacità di regolazione della luce precisa, è diventato il supporto fondamentale della moderna tecnologia ottica.La pellicola antiriflesso AR rende il nostro campo visivo più chiaro, la pellicola ad alto riflesso HR rende l'utilizzo della luce più efficiente, e il filtro rende l'estrazione dei segnali luminosi più accurata.Questi "film invisibili" sono destinati a creare valore in più campi e fornire strumenti più potenti per l'umanità per esplorare il mondo della luce..