Vật lý - Các loại màng quang học

Trường ĐHKH Tự NhiênKhoa Vật LýGVHD: T.S LÊ VŨ TUẤN HÙNGHV : LÊ NGUYỄN BẢO THƯCác loại màng quang họcLỊCH SỬ MÀNG QUANGGƯƠNG VENETIANFRAUNHOFERA.FRESNELNăm 1899: Lý thuyết Fabry-Perot ra đời . Lý thuyết cơ bản này miêu tả sự nhiễu của từng sóng cục bộ phản xạ từ hai bề mặt quang học song song, các lớp vật liệu điện môi khác nhau được lắng đọng trên một chuỗi xác định trên bề mặt của thành phần quang học. Ít nhất hai lớp vật liệu với chiết suất khác nhau phải được chọn lựa để điều chỉnh hàm truyền phổ của lớp sắp xếp theo qui trình xác địnhHiệu quang lộ:Độ phản xạ đế:Độ dày D của lớp (tính theo QWOT)Với một lớp đơn dày 1 QWOTVới một lớp đơn dày 2 QWOTQWOT: quarter – wave optical thicknessMa trận hình thức (matrix formalism)Các yếu tố của ma trận đơn lớp Mi có thể thu được từ các điều kiện biên trong cấu trúc lớp liên quan đến cường độ điện trường (Ei-1) và từ trường (Hi-1) ở mặt trước và các giá trị cường độ trường (Ei và Hi) ở đằng sau của lớp:MÀNG QUANG HỌCMàng quang học gồm một hay nhiều lớp vật liệu mỏng phủ trên một thiết bị quang học như thấu kính hay gương, những thiết bị cho phép biến đổi đường đi của ánh sáng phản xạ hay truyền qua. Các loại màng quang học chính: Màng chống phản xạ Màng phản xạ cao Màng dẫn điện truyền qua Màng lọc ánh sángMÀNG PHẢN XẠ CAOMàng phản xạ cao (HR) là một màng hay hệ thống màng phủ trên một bề mặt để làm tăng sự phản xạ toàn bộ của bề mặt đế.Màng phản xạMàng kim loại:Màng điện môiHRMàng kim loạiMàng kim loại được sử dụng chủ yếu để hướng ánh sáng trong một hệ quang học, và được sử dụng trong hầu hết các hệ thống quang hiện nay, và là thiết bị làm biến đổi tính phản xạ kinh tế nhất. Màng kim loại có thể được dùng trong một dải sáng rộng, nhưng có xu hướng dễ vỡ và khó làm sạch.Các kim loại được sử dụng phổ biến nhất cho các bề mặt phản xạ cao là Nhôm (Al), Vàng (Au), Bạc (Ag). HRHRMetalsAverage %ReflectivityVis / IRRegions of highAbsorptionCommentsAluminum92 / 98700-950nmSensitive deposition parameters necessary to prevent "Blueing" (scatter in visible).  Thin layer of Al2O3 forms on surface.Gold94 / 98300-550nmAdhesion issues with glass. Very soft surface.  Use Chrome as binderlayer.Silver95 / 98UVIssues with tarnishing.  Very soft surface.HRHR Màng điện môi bao gồm các lớp mỏng làm bằng vật liệu điện môi có tính truyền qua, được phủ trên một bề mặt. Chức năng của chúng là tăng cường tính phản xạ của bề mặt bằng cách lợi dụng sự giao thoa của tia phản xạ từ nhiều bề mặt quang học.Các vật liệu thường sử dụng là: SiO2, TiO2, Al2O3 and Ta2O5, và hợp chất của Flour như MgF2, LaF3 and AlF3 MÀNG ĐIỆN MÔI HRMÀNG ĐIỆN MÔI Thiết kế phản xạ cao dựa trên các lớp chiết suất cao và thấp xen kẽ nhau, nH và nL , do đó một “vùng dừng” (hay khu vực phản xạ cao) được tạo ra xung quanh bước sóng mẫu . Kiểu thiết kế ở dạng cơ bản như sau: HRMôi trường / (HL)m H/ Đế với: m là số cặp đa lớp Thiết bị phản xạ cao có vùng dừng điều hòa ở vị trí thứ nhất và các vùng dừng điều hòa ở các bước sóng ngắn hơn. Ở giữa vùng dừng điều hòa là một khu vực được biết như “vùng xuyên qua” nơi mà ánh sáng truyền qua và không phản xạ lại. Đối với thiết kế cơ bản này không có vùng dừng thứ hai hay thứ tư.HRHRCông thức tính độ phản xạ:Công thức tính số cặp lớp:Ứng dụngHRMáy photocopyĐèn xeKính viễn vọngKính trượt tuyếtHệ thống laserĐĩa CDMÀNG CHỐNG PHẢN XẠ (AR)Màng chống phản xạ được dùng để làm giảm sự phản xạ trên bề mặt. ARGiả sử có thể điều khiển chính xác độ dày lớp phủ là 1 QWOT). Độ phản xạ là nhỏ nhất khi: với n1: chiết suất của lớp mỏng, n0 và nS là chiết suất của hai môi trường So sánh sự truyền ánh sáng trên bề mặt có phủ lớp chống phản xạ và không phủ.Phủ lớp chống phản xạKhông phủ lớp chống phản xạTiện ích: giá thành thấp, tính lặp lại cao, dễ thực hiện.Hạn chế: vùng hoạt động hẹp, khó tìm thấy vật liệu chiết suất thấp bền.Vật liệu màng là các chất điện môi chiết suất thấp : MgF2, Na3AlF6, CaF2, LiF2Màng AR một lớp:ARTiện ích: có nhiều sự lựa chọn vật liệu hơn, tinh vi hơn, dễ sản xuấtHạn chế: vùng hoạt động hẹp.MÀNG AR 2 LỚP (MÀNG V)AR Một trong những thiết kế ba lớp thông dụng và đơn giản là QHQ hay Quarter Half-Quarter.Mẫu QHQ như sau: Thủy tinh / M 2H LM = 1 QWOT của vật liệu chiết suất trung bình (vd:Al2O3)2H= 2 QWOT hay HWOT của một vật liệu chiết suất cao (vd: ZrO2)L=1 QWOT của một vật liệu chiết suất thấp (vd: MgF2 hay SiO2), hình thức của một QHQ M=Al2O3, H=ZrO2:MÀNG AR 3 LỚP ARỨng dụng ARThấu kính trong máy ảnh, kính hiển vi, kính viễn vọng, ống nhòmKính đeo mắtĐồng hồThiết bị điện tử (Điện thoại, PVD)Màng dẫn truyền qua (Transparent conductive coating –TC)Màng dẫn truyền qua được sử dụng trong các ứng dụng mà điều quan trọng là việc màng dẫn điện hoặc làm tan đi các điện tích tích tụ. Có hai loại chính: Màng ITO Màng TCOTCMàng ITO ( Indium Tin Oxide )- Màng có độ truyền qua cao ( 80% - 90% ). Phản xạ mạnh đối với ánh sáng hồng ngoại ( ứng dụng phủ lên bề mặt kính, cho phép ánh sáng truyền qua nhưng giữ lại nhiệt bên trong hay bên ngoài tùy mục đích sử dụng ). Độ dẫn điện tốt. ứng dụng rộng rãi trong trong lĩnh vực quang điện tử : LCD, pin mặt trời, diod phát quang,TCMàng ITO ( Indium Tin Oxide )Tính chất quang của màng ITO tạo bằng pp phún xạĐộ truyền phụ thuộc vào cấu trúc cũng như hình thái bề mặt màng ( độ truyền qua giảm khi độ dày màng tăng )TC Màng lọc (FILTER)Ưu điểm :- Tính chất lọc tốt hơn, thiết bị quang phủ lớp lọc giao thoa ít mất mát nhiệt hơn các màng lọc thông thườngNhược điểm : Giá thành caoLà loại màng được sử dụng để lọc và cho những ánh sáng nhất định đi qua.FilterTài liệu tham khảoF.Trager (Editor),Handbook of Laser and Optics,,Springer,USA,2007.“Optical thin film application”, Opto-Precision Application Note A003, 2003Các website: THANKS FOR ATTENTION!Chúng tôi đã dịch được một số chương của một số khóa học thuộc chương trình học liệu mở của hai trường đại học nổi tiếng thế giới MIT và Yale.Chi tiết xin xem tại: