I. Prinsip kerja cermin OC inframerah
Peranan salutan optik: Cermin OC inframerah biasanya mencapai sifat optik khusus mereka dengan melapisi satu atau lebih lapisan filem nipis optik pada bahan substrat. Filem ini mengawal penyebaran cahaya melalui fenomena optik seperti gangguan, refleksi, dan penyerapan. Sebagai contoh, dengan memilih bahan yang sesuai dan ketebalan lapisan, refleksi tinggi atau penghantaran cahaya yang tinggi dalam julat panjang gelombang tertentu dapat dicapai.
Ciri -ciri dalam band inframerah: Untuk cermin OC inframerah, matlamat utama adalah untuk mempamerkan prestasi optik yang sangat baik dalam band inframerah. Ini mungkin termasuk pemantulan yang tinggi, penyerapan rendah, dan ciri -ciri jalur lebar tertentu. Sebagai contoh, beberapa cermin OC inframerah direka untuk julat panjang gelombang inframerah tertentu, seperti 800-2532 nm, atau mencapai refleksi hampir total dalam jalur inframerah tertentu. Contohnya ialah cermin omnidirectional berdasarkan reka bentuk stack dielektrik kuasi-periodik fibonacci-quasi, yang mencapai 99.5% reflektiviti dalam band inframerah 1437-1618 nm, meliputi sepenuhnya kawasan gelombang telekom dan S, C, dan L band rantau penguat serat erbium-doped.
Ii. Aplikasi cermin OC inframerah
Pemerhatian Astronomi: Dalam pemerhatian astronomi, peralatan optik berprestasi tinggi diperlukan untuk mengumpul dan menganalisis isyarat samar dari objek langit. Teleskop ruang besar seperti Luvoir dan Habex, yang mensasarkan pemerhatian berkisar dari far-ultraviolet ke inframerah berhampiran, memerlukan teknologi salutan maju untuk mencapai pengumpulan cahaya yang cekap, terutamanya di rantau yang jauh ultraviolet (turun hingga 90 nm). Lapisan baru dan bertambah baik dicari untuk melindungi aluminium dari pengoksidaan dalam persekitaran biasa, mengekalkan pemantulan yang tinggi di rantau ultraviolet yang mendalam tanpa prestasi yang merendahkan di kawasan inframerah yang kelihatan dan dekat.
Eksperimen laser ketepatan: Dalam banyak eksperimen laser ketepatan, keperluan prestasi untuk komponen optik sangat ketat, seperti penyerapan optik yang rendah. Bunyi terma dari lapisan cermin yang sangat reflektif adalah faktor pembatas utama dalam kepekaan banyak eksperimen laser ketepatan. Penyelidikan menunjukkan bahawa silikon amorf dan silikon nitrida boleh berfungsi sebagai alternatif kepada kombinasi silika dan salutan Tantala yang digunakan sekarang, dengan penyerapan optik silikon amorfus pada panjang gelombang inframerah berhampiran diperbaiki dengan kira-kira 55 kali berbanding dengan nilai yang dilaporkan paling rendah. Salutan berasaskan silikon mengurangkan bunyi haba dengan faktor 12 berbanding silika dan tantala pada 20 K.
Peranti terma solar: Dalam peranti terma solar, mengurangkan kehilangan haba adalah kunci untuk meningkatkan kecekapan penukaran. Menambah salutan cermin inframerah ke permukaan kaca dalam dalam panel termal solar yang terisolasi tinggi yang terkandung boleh mencerminkan radiasi yang dipancarkan oleh penyerap kembali kepada dirinya sendiri, membolehkan kitar semula foton luaran di bahagian sejuk, dengan itu mengurangkan kerugian radiasi dan meningkatkan kecekapan panel. Kajian pemodelan terma menunjukkan bahawa menggunakan cermin inframerah dapat mencapai peningkatan kecekapan lebih dari 50% pada suhu operasi melebihi 300 ° C.
Instrumen Pengukuran Optik: Dalam instrumen pengukuran optik, seperti inframerah pengimejan haba lensa optik kumpulan pengukur sisihan paksi, sumber cahaya tertentu dan sistem optik diperlukan untuk mencapai pengukuran ketepatan tinggi. Sistem ini termasuk laser CO2, teleskop fokus laras, pengimejan haba pyroelektrik TGS, dan pembacaan dan pemprosesan data yang dibantu komputer, membolehkan pengesanan sisihan paksi untuk kumpulan kanta optik inframerah 8-14 μm. Dengan menukar sumber cahaya, mereka juga boleh digunakan untuk pengukuran dalam sistem optik inframerah 3-5 μm.
Peranti optik dan optoelektronik moden: Dalam pelbagai peranti optik dan optoelektronik moden, lapisan cermin optik dengan pemantulan yang tinggi diperlukan. Sebagai contoh, salutan reflektif berdasarkan aloi aluminium dan tembaga, yang ditutup dengan lapisan pelindung lutetium oksida, dapat meningkatkan pemantulan di seluruh julat spektrum kerja, menjadikannya sesuai untuk peranti optik dan optoelektronik dalam julat spektrum yang berlainan.
Iii. Teknik pembuatan untuk cermin OC inframerah
Pemilihan Bahan: Salah satu kunci untuk pembuatan cermin IR OC adalah memilih bahan yang betul. Mereka terutamanya dibahagikan kepada bahan substrat dan bahan salutan. Bahan substrat biasa termasuk silikon, germanium, zink selenide, zink sulfida, kalsium fluorida, fluorida magnesium, nilam, kuarza, gallalsenide dan berlian. Bahan salutan biasa termasuk aluminium, aloi tembaga, lutetium oksida, silikon amorf, silikon nitrida, silikon dioksida, dan lithium tantalate. Bahan yang berbeza mempunyai sifat optik yang berbeza dan ciri -ciri fizikal, dan pilihan bahan bergantung kepada keperluan aplikasi tertentu dan band operasi. Sebagai contoh, dalam sesetengah aplikasi, adalah perlu untuk memilih bahan -bahan dengan pemantulan yang tinggi dalam jalur inframerah, seperti aloi aluminium dan tembaga; Dalam aplikasi lain, adalah perlu untuk memilih bahan dengan penyerapan yang rendah, seperti silikon amorf dan silikon nitrida.
Teknik salutan: Teknik salutan biasa termasuk pemendapan vakum dan sputtering magnetron. Sebagai contoh, salutan reflektif berdasarkan aloi aluminium dan tembaga, yang ditutup dengan lapisan pelindung lutetium oksida, dihasilkan menggunakan teknologi pemendapan vakum (alat VU-1A), dengan ketebalan lapisan yang dikawal oleh sistem kawalan kuarza semasa pemendapan. Salutan cermin omnidirectional didepositkan dan dicirikan menggunakan teknologi Sputtering DC Magnetron yang dibantu oleh gelombang mikro, yang membolehkan kawalan yang tepat terhadap prestasi salutan.
Iv. Pengoptimuman prestasi cermin OC inframerah
Pengoptimuman Reka Bentuk: Melalui reka bentuk optik rasional, prestasi cermin OC inframerah dapat dioptimumkan. Sebagai contoh, miniatur dwi-retektor berhampiran spektrometer inframerah menggunakan micromirror pengimbasan bersepadu buatan sendiri sebagai komponen spektroskopi teras mengelakkan gangguan antara laluan optik yang berbeza dengan menggunakan susun atur ruang dua cermin fokus dan dua pengesan tiub tunggal, operasi dwi-saluran serentak dan bebas. Di samping itu, penapis bandpass dengan panjang gelombang cutoff yang berbeza diletakkan di hadapan pengesan dwi-saluran untuk menghapuskan tumpang tindih spektrum. Model teoritis ditubuhkan menggunakan pengesanan sinar untuk mengira parameter struktur awal sistem optik, dan zemax digunakan untuk mengoptimumkan reka bentuk sistem optik dan menyediakan parameter struktur yang dioptimumkan. Instrumen ini menawarkan kelebihan seperti spektrum luas, saiz kecil, dan kos rendah.
Pengoptimuman Proses: Dengan mengoptimumkan parameter proses salutan seperti suhu, tekanan, dan kadar pemendapan, prestasi cermin OC inframerah dapat ditingkatkan. Sebagai contoh, kajian menunjukkan bahawa rawatan haba silikon amorf, operasi akhir pada suhu rendah, dan menggunakan panjang gelombang 2 μm dan bukannya panjang gelombang 1550 nm yang lebih biasa dapat meningkatkan penyerapan optik silikon amorf pada panjang gelombang inframerah dekat dengan kira-kira 55 kali berbanding dengan nilai yang paling rendah.
Ringkasnya, cermin OC inframerah mempunyai aplikasi penting dalam pelbagai bidang. Penyelidikan yang berterusan ke dalam prinsip kerja mereka, teknik pembuatan, dan pengoptimuman prestasi memberikan sokongan yang kuat untuk pembangunan kawasan yang berkaitan.