הסלקטיביות הספקטרוםית של מסנן אופטי - היכולת שלו לשדר או לשקף להקות אורכי גל ממוקד - נשלט כמעט לחלוטין על ידי ההרכב והאדריכלות של ציפויי הסרט הדקים שלה. בעוד העיצוב של ערימה הציפוי מגדיר את הביצועים התיאורטיים, מבחר החומרים קובע את הגבולות המעשיים של שידור, דחייה, יציבות תרמית ואמינות ארוכת טווח. מאמר זה מספק בדיקה מעמיקה של איך השפעות ציפויים, ספקטרום, כיסוי, טכניקות חומרים נפוצות, תפאורה, וטכניקות חומרים, ⁇ , ⁇ , תכונות מתמטיות, וטכניות, וטכניקות מורכבות, , ⁇ .

מימון של מסננים אופטיים וסלקטיביות ספקטרלית

מסננים אופטיים יכולים להיות מסווגים על ידי הפונקציה ספקטרלית שלהם: מסנני פסים משדרים טווח צר או רחב טווח אורך גל, מסננים קצה (טווח ארוך או קצר) לחלק את הספקטרום, מסננים לא מטיפים דוחים להקה מסוימת, ופילטרים דיכרומטיים מפוצלים המבוססים על קיטוב או אורך גל.לא משנה מהסוג, האתגר הליבה הוא השגת מעבר חד, מוגדר היטב בין שידורים והשתקפות בעוד שפחות הפסדים לא רצויים.

ההרחבה Thin-film Stacks

רוב מסננים ביצועים גבוהים מסתמכים על התערבות פילים דקים.כאשר אור פוגע בערימה של שכבות עם אינדיקציות קירור מחדש, התערבות בונה והרסנית מתרחשת בכל ממשק.התגובה ספקטרלית - אורך גל שידור שיא, רוחב פס, ויציאה מדחייה פסנספס - הוא פונקציה של עוביים, מספר השכבות, ואת הניגודיות של השבר בין חומרים סמוכים, לדוגמה, כולל שכבות של תאים נמוכים (R) של תאים נמוכים מאוד של תאים (R) של סימפוניים) של תאים נמוכים מאוד של תאים (R) ו-R) מורכבים על ידי סימפוניים (Rexd) מורכבים על ידי סימפוניים (Rexd) מורכבים על ידי סימפוניים של תאים נמוכים מאוד של תאים נמוכים מאוד של תאים נמוכים מאוד של תאים נמוכים מאוד של סימפוניים) ו-R) ו-R) ו-R.

סוגים של מסננים ודרישותיהם הספקטרום

יישומים שונים דורשים צורות ספקטרום שונות.פילטרים האסטרונומיים דורשים לעתים קרובות רוחב פס צר מאוד (sub-nanometer) וחסימה גבוהה מחוץ לפס המעבר. פילטרים הדמיה פלואור גיל ההתבגרות זקוקים לנקודות תלולות כדי להפריד בין אור הפליטה.ד תקשורת צפופה גלי חלוקת מספרxing (DWDM) המסננים חייבים לעבור שטוח ו חד רול-off לעשרות ערוצים לתוך כמה דרישות מחוספסים אלה הוא זמין על ידי חומרים מציפוי הציפוי.

[ה]הסלקטיביות הספקטרוםית של מסנן אופטי מוגבלת ביסודה על ידי הניגוד ה-refractive-index שניתן להשיג עם חומרים לא-מסוגים, יציבים לסביבה." ~ ג'.א. דובלורובובסקי, FLT:1Applied OpticsFLT:2, 1992

מקור: Coating

(ב) כל חומר המשמש בציפוי אופטי תורם שלושה תכונות אופטיות קריטיות: מדד השבירה (FLT:0ishFLT:1), הורמון ההכחדה (FLT:2kigofph 3: 3), ופיזור (הבדל של ריבוע 4nFLT: 5 ו-FLT:6kFal 7) עם גל ספקטרום גבוה (R)

משפחות חומריות

MaterialRefractive Index (visible)Typical Applications
TiO₂ (titanium dioxide)2.4–2.6High‑index layers for visible and near‑IR
SiO₂ (silicon dioxide)1.46Low‑index layers, protective overcoats
Ta₂O₅ (tantalum pentoxide)2.1–2.2Visible, UV‑stabilised filters
Nb₂O₅ (niobium pentoxide)2.3–2.4High‑index, low absorption in visible
Al₂O₃ (alumina)1.6–1.7Mid‑index, durable for deep UV
MgF₂ (magnesium fluoride)1.38Low‑index, very transparent from UV to IR

תחמוצות מתכת שולטות בתעשייה כי הם מציגים ספיגה נמוכה ב גלויה וקרובה, מתון עד גבוה refractive אינדיקציות, ויציבות סביבתית טובה. מתכת nitrides (למשל, Si3N4) משמשים לעתים לציפוי אנטי-rence ו במסננים מבוססי MEMS. פולימרים אורגניים מציעים גמישות ועלות נמוכה אך בדרך כלל סובלים מקליטה גבוהה ועניים, להגביל אותם ליישומים קצרים או ימים.

Multilayer Design אסטרטגיות

ההרכב של כל שכבה קובע לא רק את קבוע אופטי שלה, אלא גם את הלחץ מכני בתוך הערימה, את הערימה בין שכבות, ואת הטמפרטורות הכולל coefficient של מסנן.לדוגמה, סרטים TiO2 שהופקדו על ידי אלקטרון-באם evaporation נוטה להיות דחיסות ושיש לו micro Structurer עמודה, אשר יכול לגרום לסינון לחות ושינויים הבאים באינדקס השביר.

השפעה על תכונות ספציפיות

בחירת החומרים קובעת ישירות את רוחב הפס הבלתי ניתן לפילטר, תלולי קצה, חסימת עומק ויציבות גל מרכז.

מקררים-Index Contrast ו- Bandwidth

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]

בנדווידית מושפע גם מפיזור חומרים עם פיזור גבוה (למשל, TiO2) לגרום אורך הגל המרכזי של מסנן פס צר לעבור עם זווית של שכיחות יותר מאשר חומרים עם פיזור נמוך. עבור יישומים הדורשים תגובה ספקטרלית קבועה על פני שדה רחב של ראייה, נמוך-index, נמוך-index, שילוב נמוך יותר כגון Al23O / S2 עשוי להיות עדיפה אפילו יותר שכבות.

אובדן ונפיחות

כל ספיגת ציפוי תדחה שידור בפס המעבר ויכולה גם לגרום חימום תרמי ביישומים לייזרים בעוצמה גבוהה.הכחדה יעילה:0kektureFLT:1 עבור חומרים דיאלקטריים טובים צריך להיות מתחת 10-4 בלהקות ההפעלה בדיוק, לדוגמה, Ta2O5 שהופקדו בתנאים אופטימליים יש FLT:2kFLT3: 4 פיזור מדויק של חומרים מ-FD2K5; אבל לפעמים הם עלולים להפחתה של 2.

תגית: UV-Enhanced Coating

ב- אולטרה סגול (200-400 nm), חומרים כגון Al2O3, HfO2, ו- Sc2O3 מועדים כי יש להם רחבות של להקות וקליטה נמוכה.עם זאת, השגת אינדקס חוזר גבוה ב-UV הוא קשה; הרזולוציה הגבוהה ביותר של ספירת גלימה (HfO2,FLT:0nFLT:1 ⁇ בשעה 250m) עדיין דורשת ציפוי של סגסוגת נמוכה יותר מ-Ricercliclicrelicupt) של .

טכניקות וחומרים מתקדמים

ההרכב של ציפוי הוא בלתי נפרד משיטת המחיקה המשמשת ליצירתו. שיטות ייצור מודרניות מאפשרות חומרים לשמש כי יהיה בלתי אפשרי עם evaporation תרמית פשוטה.

Ion-Assisted Deposition (IAD)

ב IAD, קרן של סטיות אנרגטיות מפצירה את הסרט הגדל, מניקה אותו וצמצום רִיק טוראר.תהליך זה מעלה את המדד השביר של תחמוצות רבות קרוב יותר לערך הגדול והופך את המדד ליותר הסתברותי.לדוגמה, אני דוקרתי את TO2 יכול להשיג מדד של 2.5 וכמעט ללא קליטה בגלויה גלויה, בעוד evaO2 מכווץ בדרך כלל את הלחות הגל.

שכבת אטומית (ALD)

ALD מציע שליטה בקנה מידה אטומי של הרכב ועובי, המאפשרת למרקם ספקטרליים מדויקים מאוד, במיוחד עבור להקות צרות.טבע הקונפורמאלי של ALD מאפשר ציפוי של תת-ממדי מורכב שלושה ממדים (למשל, מיקרו-אופטיקה או סיבים) חומרים כגון אל2O3, HfO2, ו- Ti2 ניתן להפקיד עם תת-מטר זה לא ניתן להשתמש עכשיו עם פילטר מסחרי.

חומרים מתפתחים

מחקר הוא חקר חומרים דו-ממדיים כגון גרפן ומעבר דיאלקטוגנים (למשל, MoS2) עבור מסננים אופטיים אולטרה-תאינים. על ידי מחסנית של חומרים שונים, התגובה ספקטרלית ניתן לכוונון באמצעות יישומים אלקטרו-סטטיים - מסנן "אקטיבי" אשר משנה את הסלקטיביות שלו ללא חלקים נעים.

דרישות נוספות ל-Precise Spectral control

הבחירה של הרכב ציפוי מונעת לעתים קרובות על ידי דרישות של סביבות שימוש קצה ספציפיות.

האסטרונומיה והאסטרופיסיקה

מכשירים אסטרונומיים משתמשים במסננים צרים כדי לבודד קווים ספקטרליים מכוכבים מרוחקים או גלקסיות.לדוגמה, מסננים לקו ה-Lyman-alpha (121.6 nm) דורשים ציפויים עם ספיגה נמוכה מאוד באוליקולל הריק.הרכב חייב להיות חופשי מ contaminants שעלולים לספוג או photolumceines. Metal-fluorides (Mg2F/F3) הם סטנדרטיים עבור מאות ניגודים נמוכים כאלה, אם כי הם דורשים ניגודים, אם כי הם הכרחיים למולקולות מספיק כדי להשיג ניגודים מתאימים ל-to ניגודים.

Biomedical Imaging and Fluorescence

במיקרוסקופיות פלואורגנטיות וזרימת ציטרינומטריה, מסננים חייבים להפריד בחדות (למשל, 488 nm) מפליטה (למשל, 520 nm) מסננים עם מוגבלות נמוכה של auto-fluorescence הם חיוניים. Wave-stable, חומרים בעלי השפעה נמוכה כמו Ta2O5 ו- SiO2 מופקד באמצעות ionassisted על ידי stedsssssted על ידי ציפוי הם גם ציפויים על ידי תאים גמישים.

תקשורת (DWDM Filters)

Dense גל חלוקת רוחבי מרובותxing דורש מסננים עם פס שטוח, רול תלול, ואת יציבות גל גל אורך יותר מ ±0.1 nm מעל טמפרטורה. פילטרים של ⁇ מבוסס על Nb2O5 / SiO2 או Ta2 / SiO2 להראות שינויים הנגרמים טמפרטורה נמוכה (<1 / שעה) ועמידה גבוהה.

לייזר Optics

מערכות לייזר בעוצמה גבוהה, כגון אלה המשמשים עבור היתוך מוגבל או חיתוך תעשייתי, דורשים מסננים אופטיים שיכולים לעמוד בשפעת גבוהה ללא נזק.הרכב הציפוי חייב להיות סף נזק גבוה לייזר (LIDT) HfO2 / SiO2 מראות הם תקן הזהב עבור 1 מיקרומטר לייזר, המציע ניגוד גבוה וקליטה נמוכה.

כיוונים עתידיים ואתגרים

יציבות ויציבות סביבתית

מסטיקים חשופים לסביבות קשות (מרחב, לחות גבוהה, גזים קורוזיים) חייבים לשמור על הביצועים ספקטרליים שלהם. עיצוב קומפוזיציה עכשיו כולל overcoats מגן ו ⁇ s קומפוזיציה כדי להפחית את הלחץ ולשפר את הדבקות. SiO2 משמש לעתים קרובות כשכבה כובע בגלל האינטונציה הכימית שלו, אבל זה לא יכול להיות מספיק עבור יישומים עמוקים או Cryogenic.

קו-חברתי-Commonly Coatings

חומרים מסורתיים גבוהים גבוה-index כמו TiO2 הם בשפע יחסית לא רעיל, אבל אחרים (למשל, HfO2, Ta2O5) הם נדירים ויקרים. כמה ספקים לחקור ציפויים חד-חמצני מעורבים המשתמשים פחות חומר ללא ביצוע מקרי.בנוסף, מאמצים הם בדרך לפתח תהליכי פירוק ללא הגבלת זמן ולחזר מתכות יקרות בשימוש ציפויים תאים.

עיצוב ולמידה של מכונות

עיצוב סינון מודרני יותר ויותר משתמש אלגוריתמים בעיצוב הפוך ולמידה מכונה כדי למצוא יצירות שכבות אופטימליות ועוביות.במקום להגביל את עצמם לחומרים סטנדרטיים, מעצבים יכולים כעת לחפש שכבות מעורבות חדשניות שעומדות במגוון רחב של עסקאות מולקולות - למשל, למקסם רוחב פס תוך צמצום עובי וקליטת עומק.

מסקנה

הסלקטיביות הספקטרוםית של מסנן אופטי היא תוצאה ישירה של הציפוי, מהאינדקס השביר וקליטת שכבות בודדות לנכסים מכניים ותרמיים של הערימה.לא חומר אחד משרת את כל המטרות; המהנדס חייב לאזן ניגודיות אינדקס, ספיגה, פיזור, מתח ויציבות סביבתית.עם התקדמות בטכנולוגיה דה-טקה ועיצוב חישובי, את הצבעים של ציפויים זמינים ממשיך להתרחב, המאפשרים תובעניים יותר עבור תרופות, ופילטרים, ורפואה מרכזית.