I. Princípio de trabalho dos espelhos de OC infravermelho
Papel dos revestimentos ópticos: os espelhos infravermelhos de OC normalmente atingem suas propriedades ópticas específicas, revestindo uma ou mais camadas de filmes finos ópticos em um material de substrato. Esses filmes controlam a propagação da luz através de fenômenos ópticos, como interferência, reflexão e absorção. Por exemplo, selecionando materiais e espessuras de camada apropriados, pode ser alcançada alta reflexão ou alta transmissão de luz dentro de faixas específicas de comprimento de onda.
Características na banda infravermelha: para espelhos de OC infravermelho, o objetivo principal é exibir excelente desempenho óptico na banda infravermelha. Isso pode incluir alta refletividade, baixa absorção e características específicas da largura de banda. Por exemplo, alguns espelhos de OC infravermelho são projetados para faixas específicas de comprimento de onda infravermelha, como 800-2532 nm, ou alcançam reflexão quase total em bandas infravermelhas específicas. Um exemplo é um espelho omnidirecional baseado em um design de pilha dielétrica dielétrica de sequência de fibonacci- Região de ganho do amplificador de fibra dopada com erbio.
Ii. Aplicações de espelhos de OC infravermelho
Observação astronômica: Na observação astronômica, é necessário equipamento óptico de alto desempenho para coletar e analisar sinais fracos de objetos celestes. Grandes telescópios espaciais, como Luvoir e Habex, direcionando a observação varia de extrevíolo extremo ao infravermelho próximo, requer tecnologias avançadas de revestimento para obter uma coleta eficiente de luz, especialmente na região de extrevioletas (até 90 nm). Os revestimentos novos e aprimorados são procurados para proteger o alumínio da oxidação em ambientes normais, mantendo alta refletividade na região ultravioleta profunda sem desempenho degradante nas regiões visíveis e próximas.
Experimentos a laser de precisão: Em muitas experiências de precisão a laser, os requisitos de desempenho para componentes ópticos são extremamente rigorosos, como a baixa absorção óptica. O ruído térmico de revestimentos de espelho altamente reflexivo é um fator limitante importante na sensibilidade de muitas experiências de precisão a laser. Pesquisas mostram que o nitreto de silício e silicone amorfo pode servir como alternativas à combinação atualmente usada de revestimentos de sílica e tantala, com a absorção óptica de silício amorfo em comprimentos de onda no infravermelho próximo melhorados em aproximadamente 55 vezes em comparação com os valores relatados mais baixos. Os revestimentos à base de silício reduzem o ruído térmico em um fator de 12 em comparação com sílica e tantala a 20 K.
Dispositivos térmicos solares: em dispositivos térmicos solares, a redução da perda de calor é essencial para melhorar a eficiência da conversão. A adição de revestimentos de espelho infravermelho à superfície interna do vidro em painéis térmicos solares planos isolados de alto vácuo encapsulados pode refletir a radiação emitida pelo absorvedor de volta, permitindo a reciclagem externa de fótons no lado frio, reduzindo assim as perdas radiativas e melhorando a eficiência do painel. Os estudos de modelagem térmica mostram que o uso de espelhos infravermelhos pode obter melhorias de eficiência de mais de 50% a temperaturas operacionais acima de 300 ° C.
Instrumentos de medição óptica: Em instrumentos de medição óptica, como os instrumentos de medição de desvio axial da lente óptica do grupo de imagens térmicas infravermelhas, fontes de luz específicas e sistemas ópticos são necessários para obter medições de alta precisão. Esses sistemas incluem lasers de CO2, telescópios de foco ajustável, imagens térmicas piroelétricas TGS e leitura e processamento de dados assistidos por computador, permitindo a detecção de desvio axial para grupos de lentes ópticas infravermelhas de 8-14 μm. Ao alterar a fonte de luz, eles também podem ser usados para medições em sistemas ópticos infravermelhos de 3-5 μm.
Dispositivos ópticos e opticos modernos: em vários dispositivos ópticos e opticos modernos, são necessários revestimentos de espelho óptico com alta refletividade. Por exemplo, um revestimento reflexivo com base em ligas de alumínio e cobre, coberto com uma camada protetora de óxido de lutetium, pode aumentar a refletividade em toda a faixa espectral de trabalho, tornando -a adequada para dispositivos ópticos e optoeletrônicos em diferentes faixas espectrais.
Iii. Técnicas de fabricação para espelhos de OC infravermelho
Seleção de material: Uma das chaves para fabricar espelhos de IR OC é escolher o material certo. Eles são divididos principalmente em materiais de substrato e materiais de revestimento. Os materiais de substrato comuns incluem silício, germânio, seleneto de zinco, sulfeto de zinco, fluoreto de cálcio, fluoreto de magnésio, safira, quartzo, arseneto de gálio e diamante. Os materiais de revestimento comuns incluem alumínio, liga de cobre, óxido de lutetium, silício amorfo, nitreto de silício, dióxido de silício e tentalato de lítio. Diferentes materiais têm propriedades ópticas diferentes e características físicas, e a escolha do material depende dos requisitos de aplicação específicos e bandas operacionais. Por exemplo, em algumas aplicações, é necessário selecionar materiais com alta refletividade na banda infravermelha, como alumínio e ligas de cobre; Em outras aplicações, é necessário selecionar materiais com baixa absorção, como silício amorfo e nitreto de silício.
Técnicas de revestimento: as técnicas comuns de revestimento incluem deposição a vácuo e pulverização de magnetron. Por exemplo, um revestimento reflexivo com base em ligas de alumínio e cobre, coberto com uma camada de proteção contra óxido de lutetium, é fabricado usando a tecnologia de deposição a vácuo (aparelho Vu-1a), com espessura da camada controlada por um sistema de controle de quartzo durante a deposição. Um revestimento de espelho omnidirecional é depositado e caracterizado usando a tecnologia de pulverização de magnetron DC assistida por microondas, que permite controle preciso sobre o desempenho do revestimento.
4. Otimização de desempenho de espelhos de OC infravermelho
Otimização do projeto: através do design óptico racional, o desempenho dos espelhos de OC infravermelho pode ser otimizado. Por exemplo, um espectrômetro de infravermelho próximo em miniatura de detector duplo usando um micromirror de grade de varredura integrado por si mesmo como o componente espectroscópico do núcleo evita a interferência entre diferentes caminhos ópticos, utilizando o layout espacial de dois espelhos de foco e dois detectores de tubos de ingaas, habilitando a habilitação Operação simultânea e independente de canal duplo. Além disso, os filtros BandPass com diferentes comprimentos de onda de corte são colocados na frente dos detectores de canal duplo para eliminar a sobreposição espectral. Um modelo teórico é estabelecido usando rastreamento de raios para calcular os parâmetros estruturais iniciais do sistema óptico, e o Zemax é usado para otimizar o design do sistema óptico e fornecer parâmetros estruturais otimizados. Este instrumento oferece vantagens como amplo espectro, tamanho pequeno e baixo custo.
Otimização do processo: Ao otimizar os parâmetros do processo de revestimento, como temperatura, pressão e taxa de deposição, o desempenho dos espelhos de OC infravermelho pode ser melhorado. Por exemplo, estudos mostram que o tratamento térmico do silício amorfo, a operação final a baixas temperaturas e o uso de um comprimento de onda de 2 μm em vez do comprimento de onda de 1550 nm mais comumente usado pode melhorar a absorção óptica do silício amorfo em comprimentos de onda do infravermelho próximo em aproximadamente 55 vezes comparado aos valores mais baixos relatados.
Em resumo, os espelhos de OC infravermelho têm aplicações importantes em vários campos. Pesquisas em andamento sobre seus princípios de trabalho, técnicas de fabricação e otimização de desempenho fornecem um forte suporte para o desenvolvimento de áreas relacionadas.