FILME SUBȚIRI - Suprafețele Motheye reflectă puțină lumină Laser Focus World
Cu o reflecție redusă și o absorbție redusă pe intervale spectrale largi, suprafețele structurate cu ochiuri oferă o alternativă la acoperirile tradiționale antireflex.
Bruce MacLeod și Greg Sonek
Cu o reflecție redusă și o absorbție redusă pe intervale spectrale largi, suprafețele structurate cu ochiuri oferă o alternativă la acoperirile tradiționale antireflex.
Proprietățile optice ale peliculelor subțiri multistrat și ale stivelor dielectrice sunt în mare parte bine cunoscute. În funcție de grosimea lor, indicele de refracție și coeficientul de absorbție, filmele subțiri pot funcționa ca acoperiri cu reflexie totală, parțială sau antireflecție (AR) pe o varietate de substraturi. Alegerea materialului de acoperire de utilizat este adesea dictată de aplicație, de condițiile de mediu la care va fi supus optica acoperită și de costul atingerii unui nivel specific de performanță.
| FIGURA 1. Micrografia electronică de scanare a ochiului unei molii de noapte dezvăluie o serie de proiecții de dimensiuni ale lungimii de undă care acoperă suprafața ochiului. (Amabilitatea lui C. G. Bernhard: vezi Ref. 1) Faceți clic aici pentru a mări imaginea |
Cu toate acestea, utilizarea acoperirilor AR poate fi problematică. Acoperirile tradiționale cu un singur strat AR sunt proiectate pentru a funcționa pe o bandă îngustă, de lungime de undă vizată și pentru a funcționa slab în afara intervalului desemnat. În plus, performanța acoperirilor tradiționale AR începe să se degradeze la unghiuri incidente peste 20 °. Acoperirile AR cu strat subțire multistrat abordează unele dintre aceste probleme cu succes moderat, dar la un cost de producție mai mare.
Acoperirile AR cu film subțire pot suferi eșecuri catastrofale sau delaminare datorită aplicațiilor cu energie ridicată sau cu ciclism termic. Aplicațiile laser de mare putere necesită lentile cu reflectivitate redusă pentru a limita retroreflecția cu energie ridicată. Performanța termică a acestor substraturi acoperite cu AR este guvernată de capacitatea structurii compozite de a disipa căldura generată de absorbția energiei laser incidente în timpul transmisiei sau reflexiei. Această abilitate este direct legată de absorbția care are loc în substrat, materialul de acoperire și diferite interfețe. Contaminarea suprafeței, aderența slabă și o nepotrivire a proprietăților termice pot contribui în continuare la crearea unor distribuții de temperatură neuniforme care duc treptat la degradarea filmului, inclusiv crăparea, decojirea, delaminarea și ruperea suprafeței.
În condiții extreme, poate apărea eșec catastrofal, cum ar fi fracturarea, topirea și ablația atât a filmului, cât și a substratului. Acest lucru poate duce la o degradare severă a performanței acoperirii AR.
| FIGURA 2. Datorită perioadei sale de lungime de undă, o structură de ochi motheye cu relief de suprafață gravată într-un material substrat apare ca o peliculă cu indice de gradient la un fascicul de lumină incident, servind astfel ca strat de potrivire a impedanței care elimină reflexiile Fresnel la substratul de aer interfață. Faceți clic aici pentru a mări imaginea |
O abordare care a arătat o mare promisiune pentru îndeplinirea cerințelor crescând de performante ale suprafețelor AR este utilizarea structurilor motheye sau a lungimii de undă. Termenul descriptiv structuri motheye a fost inventat la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970 de către naturaliști care lucrează la relaționarea observațiilor în natură cu aplicațiile din lumea reală.
Acești cercetători au observat că ochii insectelor nocturne, cum ar fi molii, reflectă puțină sau deloc lumină, indiferent de unghiul de incidență al luminii iluminante sau de lungimea de undă a luminii. Au început să disecă diferiți ochi de insecte și au descoperit, sub mărirea mare oferită de un microscop electronic, că suprafața ochiului de molie este acoperită de o serie de protuberanțe conice înalte de 200 nm separate de 200 nm (vezi Fig. 1).
O structură motheye creează efectiv o peliculă cu indice de gradient dintr-un material cu indice de refracție uniform (a se vedea figura 2). În sine, un substrat optic prezintă o discontinuitate a indicelui de refracție la interfața dintre acesta și un mediu înconjurător cu indice de refracție diferit (cum ar fi aerul). Această nepotrivire a indicelui este responsabilă pentru unda reflectată care este generată atunci când un fascicul de lumină este incident pe suprafața sa. Dacă pe suprafața substratului se creează un model binar simplu, asemănător cu pașii, a perioadei de lungime de undă, structura binară se comportă ca și cum ar fi o peliculă subțire cu aceeași înălțime ca cea a pasului binar, dar cu un indice eficient care este un spațial. media mediului înconjurător și a indicilor de refracție a substratului.