1. مبدأ العمل من مرايا OC بالأشعة تحت الحمراء
دور الطلاء البصري: تحقق المرايا OC بالأشعة تحت الحمراء خصائصها البصرية المحددة عن طريق طلاء طبقة أو أكثر من الأفلام الرقيقة البصرية على مادة الركيزة. تتحكم هذه الأفلام في انتشار الضوء من خلال الظواهر البصرية مثل التداخل والانعكاس والامتصاص. على سبيل المثال ، من خلال اختيار المواد المناسبة وسمك الطبقة ، يمكن تحقيق انعكاس عالي أو انتقال عالي للضوء داخل نطاقات الطول الموجي المحدد.
الخصائص في النطاق بالأشعة تحت الحمراء: بالنسبة للمرايا الأشعة تحت الحمراء OC ، فإن الهدف الأساسي هو إظهار أداء بصري ممتاز في نطاق الأشعة تحت الحمراء. قد يشمل ذلك الانعكاس العالي ، والامتصاص المنخفض ، وخصائص عرض النطاق الترددي المحددة. على سبيل المثال ، تم تصميم بعض المرايا OC بالأشعة تحت الحمراء لنطاقات الطول الموجي بالأشعة تحت الحمراء ، مثل 800-2532 نانومتر ، أو تحقيق انعكاس شبه تام في نطاقات محددة بالأشعة تحت الحمراء. مثال على ذلك هو مرآة متعددة الاتجاهات تعتمد على تصميم مكدس عازلة شبه فترات ، والذي يحقق 99.5 ٪ الانعكاس في نطاق الأشعة تحت الحمراء 1437-1618 نانومتر ، ويغطي بالكامل منطقة الطول الموجي للاتصالات ونطاقات S و C و L من اكتساب مضخم الألياف الألياف الإربيوم.
الثاني. تطبيقات مرايا OC بالأشعة تحت الحمراء
الملاحظة الفلكية: في الملاحظة الفلكية ، مطلوب المعدات البصرية عالية الأداء لجمع وتحليل الإشارات الخافتة من الأشياء السماوية. تتطلب التلسكوبات الفضائية الكبيرة مثل Luvoir و Habex ، والتي تستهدف المراقبة من النطاقات البعيدة إلى الأشعة تحت الحمراء ، تقنيات طلاء متقدمة لتحقيق جمع الضوء الفعال ، وخاصة في المنطقة البعيدة المنقولة (إلى 90 نانومتر). يتم البحث عن الطلاء الجديد والمحسّن لحماية الألومنيوم من الأكسدة في البيئات الطبيعية ، والحفاظ على انعكاس عالٍ في منطقة الأشعة فوق البنفسجية العميقة دون تحلل الأداء في المناطق المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء.
تجارب الليزر الدقيقة: في العديد من تجارب الليزر الدقيقة ، تكون متطلبات الأداء للمكونات البصرية صارمة للغاية ، مثل الامتصاص البصري المنخفض. تعد الضوضاء الحرارية من الطلاء المرآة العاكس للغاية عاملاً محددًا رئيسيًا في حساسية العديد من تجارب الليزر الدقيقة. تشير الأبحاث إلى أن السيليكون غير المتبلور ونيتريد السيليكون يمكن أن يكون بمثابة بدائل للمجموعة المستخدمة حاليًا من الطلاء السيليكا والتانتالا ، مع امتصاص السيليكون البصري غير المتبلور في الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء تحسنت بمقدار 55 مرة تقريبًا مقارنة بأقل القيم المبلغ عنها. يقلل الطلاء القائم على السيليكون من الضوضاء الحرارية بعامل 12 مقارنة بالسيليكا والتانتالا في 20 ك.
الأجهزة الحرارية الشمسية: في الأجهزة الحرارية الشمسية ، فإن تقليل فقدان الحرارة هو مفتاح تحسين كفاءة التحويل. يمكن إضافة الطلاءات المرآة بالأشعة تحت الحمراء إلى السطح الداخلي للزجاج في الألواح الحرارية الشمسية المسطحة العازلة العالية المغلفة ، مما يتيح إعادة تدوير الفوتون الخارجي على الجانب البارد ، مما يقلل من الخسائر الإشعاعية وتحسين كفاءة اللوحة. تُظهر دراسات النمذجة الحرارية أن استخدام المرايا بالأشعة تحت الحمراء يمكن أن يحقق تحسينات الكفاءة لأكثر من 50 ٪ في درجات حرارة التشغيل التي تتجاوز 300 درجة مئوية.
أدوات القياس البصرية: في أدوات القياس البصرية ، مثل الأدوات القياسية للتصوير الحراري للأشعة تحت الحمراء ، هناك حاجة إلى أدوات قياس الانحراف المحوري للعدسة البصرية ، ومصادر إضاءة محددة وأنظمة بصرية لتحقيق قياسات عالية الدقة. تشمل هذه الأنظمة ليزر ثاني أكسيد الكربون ، والتلسكوبات القابلة للتكيف مع التركيز ، والتصوير الحراري الكهروضوئي TGS ، وقراءات البيانات بمساعدة الكمبيوتر ، وتمكين الكشف عن الانحراف المحوري لمجموعات 8-14 ميكرومتر العدسة البصرية بالأشعة تحت الحمراء. عن طريق تغيير مصدر الضوء ، يمكن أيضًا استخدامها للقياسات في الأنظمة الضوئية بالأشعة تحت الحمراء 3-5 ميكرون.
الأجهزة البصرية والبصرية الحديثة: في مختلف الأجهزة البصرية والبصرية الإلكترونية ، هناك حاجة إلى طلاء المرآة البصرية مع انعكاس عالي. على سبيل المثال ، يمكن للطلاء العاكس القائم على سبائك الألومنيوم والنحاس ، المغطاة بطبقة واقية من أكسيد اللوتيتيوم ، أن يعزز الانعكاس عبر النطاق الطيفي العام بأكمله ، مما يجعله مناسبًا للأجهزة البصرية والبصرية في نطاقات طيفية مختلفة.
ثالثا. تقنيات التصنيع لمرايا OC بالأشعة تحت الحمراء
اختيار المواد: أحد مفاتيح تصنيع المرايا IR OC هو اختيار المادة المناسبة. وهي مقسمة بشكل رئيسي إلى مواد الركيزة ومواد الطلاء. تشمل مواد الركيزة الشائعة السيليكون ، الجرمانيوم ، سيلينيد الزنك ، كبريتيد الزنك ، فلوريد الكالسيوم ، الفلوريد المغنيسيوم ، الياقوت ، الكوارتز ، أرسينيد الغاليوم والماس. تشمل مواد الطلاء المشتركة الألومنيوم ، وسبائك النحاس ، وأكسيد اللوتيتيوم ، والسيليكون غير المتبلور ، ونيتريد السيليكون ، وثاني أكسيد السيليكون ، وتيثيوم تانتاليت. المواد المختلفة لها خصائص بصرية مختلفة وخصائص مادية ، ويعتمد اختيار المواد على متطلبات التطبيق المحددة ونطاقات التشغيل. على سبيل المثال ، في بعض التطبيقات ، من الضروري اختيار مواد ذات انعكاس عالٍ في النطاق بالأشعة تحت الحمراء ، مثل ألومنيوم وسبائك النحاس ؛ في التطبيقات الأخرى ، من الضروري اختيار مواد ذات امتصاص منخفضة ، مثل السيليكون غير المتبلور ونيتريد السيليكون.
تقنيات الطلاء: تشمل تقنيات الطلاء المشتركة ترسب الفراغ والتفتيت المغناطيسي. على سبيل المثال ، يتم تصنيع طبقة عاكسة تعتمد على سبائك الألومنيوم والنحاس ، المغطاة بطبقة واقية من أكسيد اللوتيتيوم ، باستخدام تقنية ترسب الفراغ (جهاز VU-1A) ، مع سماكة الطبقة التي يتحكم فيها نظام التحكم الكوارتز أثناء الترسب. يتم إيداع طلاء المرآة متعددة الاتجاهات وتوصيفه باستخدام تقنية الدماغ المغناطيسية DC بمساعدة الميكروويف ، والتي تتيح التحكم الدقيق في أداء الطلاء.
رابعا. تحسين أداء المرايا OC بالأشعة تحت الحمراء
تحسين التصميم: من خلال التصميم البصري العقلاني ، يمكن تحسين أداء مرايا OC بالأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، يقوم مطياف مصغرة بأشعة تحت الأشعة تحت الحمراء ثنائية الكاشف باستخدام ميكرومرور متكامل للمسح الضوئي المتكامل لأن المكون الطيفي الأساسي يتجنب التداخل بين المسارات البصرية المختلفة عن طريق استخدام التصميم المكاني لمرايا مركزة واثنين قناة مزدوجة عملية متزامنة ومستقلة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وضع مرشحات Bandpass ذات الأطوال الموجية المختلفة لقطعة قطع أمام الكشف عن القناة المزدوجة للتخلص من التداخل الطيفي. يتم إنشاء نموذج نظري باستخدام تتبع الأشعة لحساب المعلمات الهيكلية الأولية للنظام البصري ، ويتم استخدام Zemax لتحسين تصميم النظام البصري وتوفير معلمات هيكلية محسنة. توفر هذه الأداة مزايا مثل الطيف الواسع والحجم الصغير والتكلفة المنخفضة.
تحسين العملية: من خلال تحسين معلمات عملية الطلاء مثل درجة الحرارة والضغط ومعدل الترسيب ، يمكن تحسين أداء مرايا OC بالأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، تشير الدراسات إلى أن المعالجة الحرارية للسيليكون غير المتبلور ، والتشغيل النهائي في درجات حرارة منخفضة ، واستخدام طول موجة 2 ميكرومتر بدلاً من الطول الموجي أكثر شيوعًا 1550 نانوم مقارنة بأقل القيم المبلغ عنها.
باختصار ، مرايا OC بالأشعة تحت الحمراء لها تطبيقات مهمة في حقول متعددة. توفر الأبحاث المستمرة في مبادئ عملهم وتقنيات التصنيع وتحسين الأداء دعمًا قويًا لتطوير المجالات ذات الصلة.