I. Principio di lavoro degli specchi OC a infrarossi
Ruolo dei rivestimenti ottici: gli specchi OC a infrarossi in genere raggiungono le loro proprietà ottiche specifiche rivestendo uno o più strati di film sottili ottici su un materiale del substrato. Questi film controllano la propagazione della luce attraverso fenomeni ottici come interferenza, riflessione e assorbimento. Ad esempio, selezionando i materiali e gli spessori di strato appropriati, è possibile ottenere un'elevata riflessione o un'elevata trasmissione di luce all'interno di specifici intervalli di lunghezza d'onda.
Caratteristiche nella banda a infrarossi: per gli specchi OC a infrarossi, l'obiettivo principale è quello di mostrare eccellenti prestazioni ottiche nella banda a infrarossi. Ciò può includere elevata riflettività, basso assorbimento e caratteristiche specifiche della larghezza di banda. Ad esempio, alcuni specchi OC a infrarossi sono progettati per specifici intervalli di lunghezza d'onda a infrarossi, come 800-2532 nm, o ottengono un riflesso quasi totale in bande a infrarossi specifici. Un esempio è uno specchio omnidirezionale basato su un design di stack dielettrico quasi periodico di Fibonacci-Sequence, che raggiunge il 99,5% di riflettività nella banda a infrarossi 1437-1618 nm, che copre completamente la regione della lunghezza d'onda delle telecomunicazioni e le bande S, C e L delle bande S, C e L Regione di guadagno dell'amplificatore in fibra drogata con erbio.
Ii. Applicazioni di specchi OC a infrarossi
Osservazione astronomica: nell'osservazione astronomica, è necessaria l'equipaggiamento ottico ad alte prestazioni per raccogliere e analizzare segnali deboli da oggetti celesti. I grandi telescopi spaziali come Luvoir e Habex, il targeting di osservazione varia da molto ultravioletta al vicino infrarosso, richiedono tecnologie di rivestimento avanzate per ottenere una raccolta di luci efficiente, specialmente nella regione molto ultravioletta (fino a 90 nm). Si cerca di rivestire nuovi e migliorati per proteggere l'alluminio dall'ossidazione in ambienti normali, mantenendo un'elevata riflettività nella regione ultravioletta profonda senza prestazioni degradanti nelle regioni visibili e del vicino infrarosso.
Esperimenti di precisione laser: in molti esperimenti laser di precisione, i requisiti di prestazione per i componenti ottici sono estremamente rigorosi, come un basso assorbimento ottico. Il rumore termico da rivestimenti a specchio altamente riflettente è un importante fattore limitante nella sensibilità di molti esperimenti laser di precisione. La ricerca mostra che il silicio amorfo e il nitruro di silicio possono fungere da alternative alla combinazione attualmente usata di rivestimenti di silice e tantala, con assorbimento ottico del silicio amorfo a lunghezze d'onda del vicino infrarosso migliorato di circa 55 volte rispetto ai valori più bassi riportati. I rivestimenti a base di silicio riducono il rumore termico di un fattore di 12 rispetto alla silice e al Tantala a 20 K.
Dispositivi termici solari: nei dispositivi termici solari, la riduzione della perdita di calore è la chiave per migliorare l'efficienza di conversione. L'aggiunta di rivestimenti a specchio a infrarossi alla superficie interna del vetro in pannelli termici solari piatti a vacuum ad alto livello incapsulati può riflettere le radiazioni emesse dall'assorbitore a se stessa, consentendo il riciclaggio esterno dei fotoni sul lato freddo, riducendo così la perdita radiativa e il miglioramento dell'efficienza del pannello. Gli studi di modellazione termica mostrano che l'uso di specchi a infrarossi può ottenere miglioramenti di efficienza di oltre il 50% a temperature operative superiori a 300 ° C.
Strumenti di misurazione ottica: negli strumenti di misurazione ottica, come imaging termico a infrarossi il gruppo di lenti ottiche del gruppo di deviazione assiale di misurazione, sono necessarie fonti di luce specifiche e sistemi ottici per ottenere misurazioni ad alta precisione. Questi sistemi includono laser CO2, telescopi a fuoco regolabile, immagini termiche piroelettriche TGS e lettura e elaborazione dei dati assistiti da computer, consentendo il rilevamento della deviazione assiale per gruppi di lenti ottiche a infrarossi 8-14 μm. Modificando la sorgente luminosa, possono anche essere utilizzati per misurazioni in sistemi ottici a infrarossi 3-5 μm.
Sono necessari moderni dispositivi ottici e optoelettronici: in vari moderni dispositivi ottici e optoelettronici, rivestimenti a specchio ottico con elevata riflettività. Ad esempio, un rivestimento riflettente basato su leghe in alluminio e rame, coperto con uno strato protettivo di ossido di lutetium, può migliorare la riflettività in tutta la gamma spettrale di lavoro, rendendolo adatto per dispositivi ottici e optoelettronici in diverse gamme spettrali.
Iii. Tecniche di produzione per specchi OC a infrarossi
Selezione del materiale: una delle chiavi per la produzione di specchi IR OC è scegliere il materiale giusto. Sono principalmente divisi in materiali del substrato e materiali di rivestimento. I materiali di substrato comuni includono silicio, germanio, selenide di zinco, solfuro di zinco, fluoro di calcio, fluoro di magnesio, zaffiro, quarzo, arsenide di gallio e diamante. I materiali di rivestimento comuni includono alluminio, lega di rame, ossido di lutetium, silicio amorfo, nitruro di silicio, biossido di silicio e litio tantalato. Materiali diversi hanno proprietà ottiche diverse e caratteristiche fisiche e la scelta del materiale dipende dai requisiti specifici dell'applicazione e dalle bande operative. Ad esempio, in alcune applicazioni è necessario selezionare materiali con elevata riflettività nella banda a infrarossi, come leghe di alluminio e rame; In altre applicazioni è necessario selezionare materiali con bassa assorbimento, come silicio amorfo e nitruro di silicio.
Tecniche di rivestimento: le tecniche di rivestimento comuni includono la deposizione del vuoto e lo sputtering del magnetron. Ad esempio, un rivestimento riflettente basato su leghe di alluminio e rame, coperto con uno strato protettivo di ossido di lutetium, viene prodotto utilizzando la tecnologia di deposizione del vuoto (APPARATO VU-1A), con spessore dello strato controllato da un sistema di controllo del quarzo durante la deposizione. Un rivestimento di specchio omnidirezionale viene depositato e caratterizzato usando la tecnologia di sputtering Magnetron DC assistita da microonde, che consente un controllo preciso sulle prestazioni del rivestimento.
IV. Ottimizzazione delle prestazioni degli specchi OC a infrarossi
Ottimizzazione del design: attraverso la progettazione ottica razionale, le prestazioni degli specchi OC a infrarossi possono essere ottimizzate. Ad esempio, uno spettrometro a infrarossi vicini in miniatura a doppia determinatori utilizzando un micromirror a griglia a scansione auto-autoprodotta mentre il componente spettroscopico core evita l'interferenza tra i diversi percorsi ottici utilizzando il layout spaziale di due specchi di messa a fuoco e due detector a tubo singolo Ingaa Operazione simultanea e indipendente a doppio canale. Inoltre, i filtri passa-banda con diverse lunghezze d'onda di taglio vengono posizionati davanti ai rilevatori a doppio canale per eliminare la sovrapposizione spettrale. Viene stabilito un modello teorico utilizzando la traccia di ray per calcolare i parametri strutturali iniziali del sistema ottico e Zemax viene utilizzato per ottimizzare la progettazione del sistema ottico e fornire parametri strutturali ottimizzati. Questo strumento offre vantaggi come ampio spettro, dimensioni ridotte e basso costo.
Ottimizzazione del processo: ottimizzando i parametri di processo di rivestimento come temperatura, pressione e velocità di deposizione, le prestazioni degli specchi OC a infrarossi possono essere migliorate. Ad esempio, gli studi dimostrano che il trattamento termico del silicio amorfo, il funzionamento finale a basse temperature e l'uso di una lunghezza d'onda di 2 μm anziché la lunghezza d'onda più comunemente usata da 1550 nm può migliorare l'assorbimento ottico del silicio amorfo a lunghezze d'onda di circa 55 volte rispetto ai valori più bassi riportati.
In sintesi, gli specchi OC a infrarossi hanno applicazioni importanti in più campi. Ricerche in corso sui loro principi di lavoro, tecniche di produzione e ottimizzazione delle prestazioni forniscono un forte supporto per lo sviluppo di aree correlate.