Wprowadzenie i klasyfikacja powłok optycznych

W jasnym wyświetlaczu smartfonów, w obrazach odległych galaktyk wykonanych przez teleskopy astronomiczne, i w precyzyjnych salach operacyjnych operacji laserowych,"Niewidzialna technologia" odgrywa kluczową rolę - to powłoka optycznaJest to ultracienka warstwa materiału osadzona na powierzchni podłoża optycznego w drodze specjalnego procesu, zwykle tylko na poziomie nanometrów grubości,A jednak może dokładnie kontrolować odbicie., przepuszczalności, absorpcji i innych właściwości światła, umożliwiających urządzeniom optycznym przełamanie wąskich gardłów wydajności.od towarów codziennego użytku po najnowocześniejsze technologieW artykule tym systematycznie interpretowana zostanie istota powłoki optycznej i skupione zostaną na trzech podstawowych produktach: filmie antyrefleksyjnym AR, filmie i filtrze o wysokiej odbicie HR,odkrywanie ich tajemnic technicznych i wartości zastosowań.

Powłoka optyczna nie jest pojedynczą technologią, lecz ogólnym określeniem dla kategorii procesów tworzących cienkie folie na powierzchni podłoża optycznego, takiego jak szkło, tworzywa sztuczne,i metalu metodami fizycznymi lub chemicznymiPodstawowa zasada opiera się na zjawisku interferencji światła - gdy dwa wiązki światła o tej samej częstotliwości i stałej różnicy fazy spotykają się,będą powodować efekt wzajemnego wzmacniania (interferencja konstruktywna) lub osłabiania (interferencja destrukcyjna)Dzięki precyzyjnemu zaprojektowaniu materiału, grubości i liczby warstw folii inżynierowie mogą wykorzystać tę zasadę do osiągnięcia kierunkowej kontroli światła.

Wśród najczęściej stosowanych procesów powlekania znajdują się fizyczne osadzenie par (PVD) i chemiczne osadzenie par (CVD).rozpylanie magnetronowe i inne metody. Może on atomować materiał powłok i równomiernie osadzać go na powierzchni podłoża w środowisku o wysokiej próżni, zapewniając czystość i jednolitość folii.proces CVD wytwarza folie poprzez reakcje chemiczne i jest bardziej odpowiedni do przygotowania powłok o specjalnych funkcjachNiezależnie od zastosowanego procesu, istnieją niezwykle wysokie wymagania dotyczące czystości środowiska, kontroli temperatury i szybkości osadzenia.Nawet najmniejsze odchylenie może prowadzić do niepowodzenia wydajności powłoki.

Urządzenia optyczne, które nie zostały poddane obróbce powłoką, często mają oczywiste wady, np. powierzchnia zwykłego szkła odbija około 4% do 5% światła widzialnego.Do aparatu składającego się z 10 obiektywów, sama utrata odbicia może uniemożliwić dotarcie do czujnika ponad 40% światła, co powoduje mroczny obraz, któremu towarzyszy silne oślepnienie.Pojawienie się powłok optycznych jest właśnie rozwiązaniem takich problemówTo tak, jakby nałożyć "bronię wydajności" na urządzenia optyczne, dzięki czemu rozprzestrzenianie się i wykorzystanie światła będzie bardziej zgodne z rzeczywistymi potrzebami.

AR Anti-Reflective Coating jest powłoką optyczną najbliższą codziennemu życiu.Okulary krótkowzroczne, które nosimy, ekrany naszych telefonów komórkowych i obiektywy naszych aparatów prawie wszystkie polegają na jego wsparciu.

Zasada działania powłoki antyrefleksyjnej AR jest typowym zastosowaniem interferencji anulowania.najczęściej występującymi z nich jest dwutlenek krzemuInżynierowie będą dokładnie kontrolować grubość warstwy folii na jednej czwartej docelowej długości fali światła.część światła będzie odbijać się od górnej powierzchni warstwy foliowej, podczas gdy druga część przenika warstwę foliową i odbija się od interfejsu między warstwą foliową a podłożem.Różnica ścieżki optycznej między tymi dwoma odblaskowanymi wiązkami światła wynosi dokładnie połowę długości faliKiedy się spotkają, odwołują się nawzajem, co znacząco zmniejsza odbicie.

Wczesne powłoki antyrefleksyjne AR były głównie jednowarstwowymi strukturami i mogły osiągać efekty antyrefleksyjne tylko w określonych długościach fali, z ograniczonym zakresem zastosowań.Nowoczesne filmy antyrefleksyjne AR rozwinęły się w wielowarstwowe kompozyty. poprzez nakładanie warstw folii z różnych materiałów i grubości,odblaskowość może być zmniejszona do mniej niż 1% i przepuszczalność światła może zostać zwiększona do ponad 95% w całym spektrum światła widzialnego (400-700 nm)Niektóre wysokiej klasy filmy AR dodają również warstwy hydrofobowe i oleofobowe, które mogą nie tylko zmniejszyć odbicie, ale także zapobiec odciskom palców i plamom,staje się "standardową" technologią dla ekranów smartfonów.

Wartość folii antyrefleksyjnych AR jest w pełni udowodniona w różnych dziedzinach.Film AR na powierzchni paneli słonecznych może zwiększyć przepuszczalność światła o 5% do 10%, co bezpośrednio przekłada się na poprawę efektywności wytwarzania energii, co ma wielkie znaczenie dla wykorzystania nowej energii.Film AR na przednich szybach samolotów może zmniejszyć zakłócenia odbicia światła słonecznego na widzenie pilotów i zwiększyć bezpieczeństwo lotuW sprzęcie medycznym film AR na soczewce endoskopu umożliwia lekarzom uzyskanie wyraźniejszych obrazów wewnętrznych, zapewniając gwarancję dokładnej diagnozy.

W przeciwieństwie do funkcji antyrefleksyjnej powłoki antyrefleksyjnej AR, podstawową rolą powłoki HR High-Reflective jest maksymalizacja odblaskowości powierzchni optycznych,nawet osiągając efekt odbicia przekraczający 99%Z tego powodu jest szeroko stosowany w scenariuszach wymagających precyzyjnego odbicia światła.

Zasada działania folii o wysokim odbiciu HR opiera się na wzajemnej interferencji,a jego struktura jest zwykle nawzajem superpozycją "materiału o wysokim wskaźniku załamania + materiału o niskim wskaźniku załamania"Kiedy światło świeci na systemie warstwy filmowej, odblaskowane światło z każdej warstwy wzmocni się wzajemnie ze względu na spójną fazę, tworząc w ten sposób niezwykle silny efekt odbicia.Liczba warstw folii bezpośrednio określa skuteczność odbicia - system folii z około 10 warstwami może osiągnąć współczynnik odbicia ponad 95%, podczas gdy system folii o wysokiej precyzji o ponad 30 warstwach może przekroczyć współczynnik odbicia 99,9%. W porównaniu z tradycyjnymi warstwami odbijającymi metali, takimi jak folia aluminiowa i folia srebrna,Folia o wysokiej odblaskowości HR nie tylko ma wyższą odblaskowość, ale również unika wad materiałów metalowych, takich jak łatwe utlenianie i absorpcja energii świetlnejSpecjalnie dobrze działa w zakresie podczerwieni i ultrafioletu.

Technologia laserowa jest głównym scenariuszem zastosowania folii o wysokiej odblaskowości HR.Odbiór rezonansowy lasera wymaga pary lusterek o wysokim odbiciu, aby osiągnąć odbicie i wzmocnienie światłaJedno z lusterek wykorzystuje folie o wysokiej odblaskowości HR do osiągnięcia odbicia prawie w 100%, podczas gdy drugie wykorzystuje folie częściowo odblaskową do emitowania wiązki laserowej.Bez precyzyjnej kontroli filmów o wysokiej odblaskowości HR, lasery nie mogą wytwarzać stabilnej energii, a technologie takie jak cięcie przemysłowe, lasery medyczne i lidar byłyby całkowicie wykluczone.

W dziedzinie obserwacji astronomicznych nieodzowne są również filmy o wysokiej odblaskowości HR.które mogą efektywnie odbijać słabą światłość odległych ciał niebieskich i pomagają ludziom uchwycić obrazy galaktyk odległych o miliardy lat świetlnychW dziedzinie oświetlenia, po obróbce odblaskowych lamp LED powłoką HR, mogą one skoncentrować światło i emitować je w określonym kierunku,znacząca poprawa efektywności oświetlenia i zmniejszenie marnotrawstwa energiiPonadto, w sprzęcie takim jak projektory i oświetlenie sceniczne, folie o wysokiej odblaskowości HR odgrywają również kluczową rolę w kierowaniu światłem.

Jeśli filmy AR i HR to "kompleksna regulacja" światła,wtedy filtry są "dokładnymi filtrami" światła - mogą selektywnie pozwalać światłu określonych długości fal przejść przez blokowanie światła innych długości fal, spełniając w ten sposób potrzeby ekstrakcji sygnału świetlnego w różnych scenariuszach.typ zakłóceń i typ polaryzacjiWśród nich filtry typu interferencji stały się powszechne w zastosowaniach przemysłowych ze względu na ich wysoką precyzję i stabilną wydajność.

Zasada działania filtrów interferencyjnych jest podobna do zasobów filmów AR i HR, oba oparte na interferencji światła, ale ich struktury są bardziej złożone.Precyzyjnie kontroluje konstruktywne i destrukcyjne zakłócenia światła o różnych długościach fali poprzez nakładanie dziesiątek, a nawet setek warstw folii dielektrycznej, osiągając w ten sposób "uwolnienie" docelowych długości fal i "przechwycenie" zakłócających długości fal.powszechny filtr wąskopasmowy może przepuszczać tylko określoną długość fali (np. czerwone światło 650 nm), o szerokości pasma regulowanej w granicach kilku nanometrów, co jest równoważne instalowaniu "lustrów monochromatycznych" w systemie optycznym.

W dziedzinie obrazowania cyfrowego filtry stanowią podstawę obrazowania kolorowego.Należy to osiągnąć poprzez szereg filtrów kolorów (CFA) pokrywający powierzchnię czujnika - szereg ten składa się z dużej liczby czerwonych, zielonych i niebieskich filtrów, które odpowiednio filtrują światło o odpowiednich długościach fali, a następnie syntetyzują kolorowe obrazy za pomocą algorytmów.Filtr UV powszechnie stosowany w soczewkach aparatów może blokować promienie ultrafioletowe i zapobiegać zagłuszaniu obrazuInfraczerwone filtry odcięcia mogą filtrować światło podczerwone, aby zapewnić dokładność odtwarzania kolorów.

W dziedzinie diagnostyki medycznej kluczową rolę odgrywa precyzyjna zdolność przesiewowa filtrów.Detektor glukozy we krwi może zidentyfikować sygnał świetlny wytwarzany przez reakcję glukozy we krwi i badanego odczynnika poprzez filtr o określonej długości faliMikroskopy fluorescencyjne wykorzystują filtry do oddzielenia światła pobudzającego od sygnałów fluorescencyjnych,umożliwiając badaczom wyraźne obserwowanie fluorescencyjnie oznakowanych substancji w komórkachW zakresie monitorowania środowiskaurządzenia wykrywające gazy mogą precyzyjnie wykrywać stężenie zanieczyszczeń w powietrzu poprzez filtrowanie charakterystycznych długości fal absorpcyjnych gazu docelowego poprzez filtryW dziedzinie bezpieczeństwa filtry podczerwone mogą być stosowane w połączeniu z kamerami widzenia nocnego w celu uchwycenia wyraźnych obrazów podczerwonych w ciemnych warunkach.

Wraz z rozwojem technologii technologia powłok optycznych zmierza w kierunku bycia "cieńszą, inteligentniejszą i bardziej wszechstronną".Technologia ultracienkiej elastycznej powłoki osiągnęła przełom i może być stosowana do elastycznego szkła składanych ekranów telefonów komórkowychW dziedzinie inteligentnej regulacji, systemy sterowania przenoszeniem i przenoszeniem energii są nie tylko odporne na przenoszenie, ale także mogą przystosowywać się do wielokrotnego gięcia.Pojawiły się nowe produkty, takie jak powłoka elektrochromiczna i powłoka termochromicznaMogą one dynamicznie regulować przepuszczalność światła lub odbicie światła w zależności od sygnałów zewnętrznych i w przyszłości mogą być stosowane do takich scenariuszy, jak inteligentne okna samochodowe i adaptacyjne okulary.

Tymczasem, w ekstremalnych zastosowaniach środowiskowych, wydajność powłok optycznych jest również stale ulepszana.Specjalne powłoki odporne na promieniowanie i wysokie temperatury zostały zastosowane do sprzętu optycznego sond na MarsieW przypadku badań głębinowych powłoka odporna na wysokie ciśnienie i korozję zapewnia stabilną pracę kamer podwodnych.nowe powłoki na bazie grafenu i materiałów dwuwymiarowych stają się punktem docelowym badań, oczekuje się, że osiągną lepszą wydajność optyczną i szerszy zakres scenariuszy zastosowań.

Od codziennych potrzeb po najnowocześniejszą technologię, powłoka optyczna, ze swoją precyzyjną zdolnością regulacji światła, stała się podstawowym wsparciem nowoczesnej technologii optycznej.Film antyrefleksyjny AR czyni nasze pole widzenia jaśniejszymWraz z ciągłym postępem technologii, wprowadzone są nowe technologie, które pozwalają na lepsze wykorzystanie światła, a filtr sprawia, że ekstrakcja sygnałów światła jest dokładniejsza.Te "niewidzialne filmy" stworzą wartość w wielu dziedzinach i zapewnią ludzkości potężniejsze narzędzia do odkrywania świata światła..