I. Αρχή λειτουργίας των υπέρυθρων καθρέφτη OC
Ο ρόλος των οπτικών επικαλύψεων: οι υπέρυθροι καθρέφτες OC συνήθως επιτυγχάνουν τις συγκεκριμένες οπτικές ιδιότητές τους, επικαλύπτοντας ένα ή περισσότερα στρώματα οπτικών λεπτών μεμβρανών σε υλικό υποστρώματος. Αυτές οι ταινίες ελέγχουν τη διάδοση του φωτός μέσω οπτικών φαινομένων όπως παρεμβολές, προβληματισμό και απορρόφηση. Για παράδειγμα, επιλέγοντας τα κατάλληλα υλικά και πάχη στρώματος, μπορεί να επιτευχθεί υψηλή αντανάκλαση ή υψηλή μετάδοση φωτός εντός συγκεκριμένων περιοχών μήκους κύματος.
Χαρακτηριστικά στην υπέρυθρη ζώνη: Για τους υπέρυθρους καθρέφτες OC, ο πρωταρχικός στόχος είναι να παρουσιάσει εξαιρετική οπτική απόδοση στην υπέρυθρη ζώνη. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει υψηλή ανακλαστικότητα, χαμηλή απορρόφηση και ειδικά χαρακτηριστικά εύρους ζώνης. Για παράδειγμα, ορισμένοι υπέρυθροι καθρέφτες OC έχουν σχεδιαστεί για συγκεκριμένες περιοχές υπέρυθρου μήκους κύματος, όπως 800-2532 nm, ή επιτυγχάνουν σχεδόν συνολική αντανάκλαση σε συγκεκριμένες υπέρυθρες ζώνες. Ένα παράδειγμα είναι ένας καθρέφτης με βάση το Fibonacci-sequensi-periodic dielectric stack design, ο οποίος επιτυγχάνει 99,5% ανακλαστικότητα στην υπέρυθρη ζώνη 1437-1618 nm, που καλύπτει πλήρως την περιοχή μήκους κύματος τηλεπικοινωνιακού κύματος και τις ζώνες S, C και L του The Erbium-doped ενισχυτής ινών Περιφέρεια.
Ii. Εφαρμογές υπέρυθρων καθρέφτη OC
Αστρονομική παρατήρηση: Στην αστρονομική παρατήρηση, ο οπτικός εξοπλισμός υψηλής απόδοσης απαιτείται για τη συλλογή και την ανάλυση ελαφρών σημάτων από ουράνια αντικείμενα. Τα μεγάλα διαστημικά τηλεσκόπια όπως το Luvoir και το Habex, η στόχευση παρατήρησης κυμαίνονται από μακρινό-Ultraviolet έως κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία, απαιτούν προηγμένες τεχνολογίες επικάλυψης για την επίτευξη αποτελεσματικής συλλογής φωτός, ειδικά στην περιοχή μακρινής περιοχής (μέχρι 90 nm). Οι νέες και βελτιωμένες επικαλύψεις αναζητούνται για την προστασία του αλουμινίου από την οξείδωση σε φυσιολογικά περιβάλλοντα, διατηρώντας υψηλή ανακλαστικότητα στην βαθιά υπεριώδη περιοχή χωρίς υποβαθμισμένη απόδοση στις ορατές και εγγύς υπέρυθρες περιοχές.
Πειράματα λέιζερ ακριβείας: Σε πολλά πειράματα λέιζερ ακριβείας, οι απαιτήσεις απόδοσης για τα οπτικά συστατικά είναι εξαιρετικά αυστηρά, όπως η χαμηλή οπτική απορρόφηση. Ο θερμικός θόρυβος από εξαιρετικά αντανακλαστικές επικαλύψεις καθρέφτη είναι ένας σημαντικός περιοριστικός παράγοντας στην ευαισθησία πολλών πειράματα λέιζερ ακριβείας. Οι έρευνες δείχνουν ότι το άμορφο νιτρίδιο του πυριτίου και του πυριτίου μπορεί να χρησιμεύσει ως εναλλακτικές λύσεις για τον επί του παρόντος χρησιμοποιούμενο συνδυασμό επιχρισμάτων πυριτίου και Tantala, με οπτική απορρόφηση άμορφου πυριτίου σε μήκη κύματος εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας βελτιωμένα κατά περίπου 55 φορές σε σύγκριση με τις χαμηλότερες αναφερόμενες τιμές. Οι επικαλύψεις με βάση το πυρίτιο μειώνουν τον θερμικό θόρυβο κατά συντελεστή 12 σε σύγκριση με το πυρίτιο και την Tantala στα 20 K.
Οι ηλιακές θερμικές συσκευές: σε ηλιακές θερμικές συσκευές, η μείωση της απώλειας θερμότητας είναι το κλειδί για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της μετατροπής. Η προσθήκη επικαλύψεων με υπερύθρων καθρέφτη στην εσωτερική επιφάνεια του γυαλιού σε ενθυλακωμένα μονωμένα με μονωμένα επίπεδα ηλιακά πλαίσια μπορεί να αντανακλά την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον απορροφητή πίσω στον εαυτό της, επιτρέποντας την ανακύκλωση εξωτερικών φωτονίων στην κρύα πλευρά, μειώνοντας έτσι τις απώλειες της ακτινοβολίας και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των πάνελ. Οι μελέτες θερμικής μοντελοποίησης δείχνουν ότι η χρήση υπέρυθρων καθρέφτη μπορεί να επιτύχει βελτιώσεις απόδοσης άνω του 50% σε θερμοκρασίες λειτουργίας άνω των 300 ° C.
Οπτικά όργανα μέτρησης: Στα όργανα οπτικής μέτρησης, όπως τα όργανα μέτρησης της αξονικής απόκλισης, οι ειδικές πηγές φωτός και τα οπτικά συστήματα απαιτούνται για την επίτευξη μετρήσεων υψηλής ακρίβειας. Αυτά τα συστήματα περιλαμβάνουν λέιζερ CO2, τηλεσκόπια ρυθμιζόμενης εστίασης, πυροδοτικά ηλεκτρικά θερμικά εικονίδια TGS και ανάγνωση δεδομένων και επεξεργασία με υποβοηθούμενη από υπολογιστή, επιτρέποντας την ανίχνευση αξονικής απόκλισης για ομάδες οπτικών φακών 8-14 μm. Με την αλλαγή της πηγής φωτός, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μετρήσεις σε οπτικά συστήματα υπέρυθρων 3-5 μm.
Μοντέρνες οπτικές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές: Σε διάφορες σύγχρονες οπτικές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές απαιτούνται οπτικές επικαλύψεις καθρέφτη με υψηλή ανακλαστικότητα. Για παράδειγμα, μια αντανακλαστική επικάλυψη που βασίζεται σε κράματα αλουμινίου και χαλκού, που καλύπτεται με προστατευτικό στρώμα οξειδίου του λουτετίου, μπορεί να ενισχύσει την ανακλαστικότητα σε ολόκληρο το φασματικό εύρος λειτουργίας, καθιστώντας την κατάλληλη για οπτικές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές σε διαφορετικές φασματικές περιοχές.
Iii. Τεχνικές κατασκευής για τους υπέρυθρους καθρέφτες OC
Επιλογή υλικού: Ένα από τα κλειδιά για την κατασκευή των καθρέφτη IR OC είναι να επιλέξετε το σωστό υλικό. Διαχωρίζονται κυρίως σε υλικά υποστρώματος και υλικά επικάλυψης. Τα κοινά υλικά υποστρώματος περιλαμβάνουν πυρίτιο, γερμανικό, σεληνίδιο ψευδαργύρου, σουλφίδιο ψευδαργύρου, φθορίδιο ασβεστίου, φθορίδιο μαγνησίου, ζαφείρι, χαλαζία, αρσενίδιο και διαμάντι. Τα κοινά υλικά επίστρωσης περιλαμβάνουν αλουμίνιο, κράμα χαλκού, οξείδιο του λουτιού, άμορφο πυρίτιο, νιτριδικό πυρίτιο, διοξείδιο του πυριτίου και τανταλικό λίθιο. Τα διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές οπτικές ιδιότητες και φυσικά χαρακτηριστικά και η επιλογή του υλικού εξαρτάται από τις συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής και τις ζώνες λειτουργίας. Για παράδειγμα, σε ορισμένες εφαρμογές είναι απαραίτητο να επιλέξετε υλικά με υψηλή ανακλαστικότητα στη ζώνη υπέρυθρης ακτινοβολίας, όπως κράματα αλουμινίου και χαλκού. Σε άλλες εφαρμογές είναι απαραίτητο να επιλέξετε υλικά με χαμηλή απορροφητικότητα, όπως το άμορφο νιτρίδιο πυριτίου και πυριτίου.
Τεχνικές επικάλυψης: Οι κοινές τεχνικές επικάλυψης περιλαμβάνουν εναπόθεση κενού και ψεκασμό μαγνητρόνης. Για παράδειγμα, μια αντανακλαστική επικάλυψη που βασίζεται σε κράματα αλουμινίου και χαλκού, που καλύπτεται με προστατευτικό στρώμα οξειδίου του λουτιούίου, κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας τεχνολογία εναπόθεσης κενού (συσκευή VU-1A), με πάχος στρώματος που ελέγχεται από ένα σύστημα ελέγχου χαλαζία κατά την εναπόθεση. Μια επίστρωση καθρέφτη Omnidirecental εναποτίθεται και χαρακτηρίζεται χρησιμοποιώντας τεχνολογία DC Magnetron με υποβοηθούμενη από μικροκύματα DC, η οποία επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της απόδοσης επικάλυψης.
Iv. Βελτιστοποίηση απόδοσης των υπέρυθρων καθρέφτη OC
Βελτιστοποίηση σχεδιασμού: Μέσω του ορθολογικού οπτικού σχεδιασμού, η απόδοση των υπέρυθρων καθρέφτη OC μπορεί να βελτιστοποιηθεί. Για παράδειγμα, ένα μικροσκοπικό φασματόμετρο μικροσκοπίου διπλού ανιχνευτή χρησιμοποιώντας ένα μικροσκοπικό μικροσκοπικό πλέγμα σάρωσης, καθώς το φασματοσκοπικό συστατικό του πυρήνα αποφεύγει την παρεμβολή μεταξύ διαφορετικών οπτικών διαδρομών χρησιμοποιώντας τη χωρική διάταξη δύο εστιασμένων καθρέφτη και δύο Detectors μεμονωμένων σωλήνων Ingaas, Enabling, Enabling ταυτόχρονη και ανεξάρτητη λειτουργία. Επιπλέον, τα φίλτρα Bandpass με διαφορετικά μήκη κύματος αποκοπής τοποθετούνται μπροστά από τους ανιχνευτές διπλής καναλιού για την εξάλειψη της φασματικής επικάλυψης. Ένα θεωρητικό μοντέλο δημιουργείται χρησιμοποιώντας την ανίχνευση ακτίνων για τον υπολογισμό των αρχικών δομικών παραμέτρων του οπτικού συστήματος και το Zemax χρησιμοποιείται για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού του οπτικού συστήματος και την παροχή βελτιστοποιημένων δομικών παραμέτρων. Αυτό το όργανο προσφέρει πλεονεκτήματα όπως ευρύ φάσμα, μικρό μέγεθος και χαμηλό κόστος.
Βελτιστοποίηση της διαδικασίας: Με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων διεργασίας επικάλυψης όπως η θερμοκρασία, η πίεση και ο ρυθμός εναπόθεσης, η απόδοση των υπέρυθρων καθρέφτη OC μπορεί να βελτιωθεί. Για παράδειγμα, μελέτες δείχνουν ότι η θερμική επεξεργασία του άμορφου πυριτίου, η τελική λειτουργία σε χαμηλές θερμοκρασίες και η χρήση μήκους κύματος 2 μm αντί για το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μήκος κύματος 1550 nm μπορεί να βελτιώσει την οπτική απορρόφηση άμορφου πυρίτιο σε μήκος κύματος κοντά σε υπέρυθρη ακτινοβολία κατά περίπου 55 φορές σε σύγκριση με τις χαμηλότερες αναφερόμενες τιμές.
Συνοπτικά, οι υπέρυθροι καθρέφτες OC έχουν σημαντικές εφαρμογές σε πολλαπλά πεδία. Η συνεχιζόμενη έρευνα σχετικά με τις αρχές λειτουργίας τους, τις τεχνικές παραγωγής και τη βελτιστοποίηση των επιδόσεων παρέχει ισχυρή υποστήριξη για την ανάπτυξη σχετικών τομέων.