ТОНКІ ПЛІВКИ - Поверхні Motheye відбивають мало світла Світ лазерного фокусування

Завдяки низькому відбиттю та низькому поглинанню в широких спектральних діапазонах поверхні, структуровані мот-оком, є альтернативою традиційним антивідбивальним покриттям.

Брюс Маклауд і Грег Сонек

Оптичні властивості багатошарових тонких плівок та діелектричних штабелів значною мірою добре відомі. Залежно від їх товщини, показника заломлення та коефіцієнта поглинання, тонкі плівки можуть функціонувати як покриття із повним відбиттям, частковим відбиттям або антивідбиттям (AR) на різних підкладках. Вибір матеріалу покриття часто диктується застосуванням, умовами навколишнього середовища, яким піддається покривна оптика, та витратами на досягнення певного рівня експлуатаційних характеристик.

РИСУНОК 1. Скануюча електронна мікрофотографія ока нічної молі виявляє безліч проекцій розміром під хвилю, що покривають поверхню ока. (Надано C. G. Bernhard: див. Посилання 1) Натисніть тут, щоб збільшити зображення

Однак використання AR-покриттів може бути проблематичним. Традиційні одношарові AR-покриття розроблені для роботи у вузькій цільовій смузі довжин хвиль і погано працюють поза встановленим діапазоном. Крім того, експлуатаційні якості традиційних покриттів AR починають погіршуватися під кутами падіння понад 20 °. Багатошарові тонкоплівкові AR-покриття вирішують деякі з цих проблем з помірним успіхом, але з більшими виробничими витратами.

Тонкоплівкові AR-покриття можуть зазнати катастрофічних руйнувань або розшарувань внаслідок використання високоенергетичних або теплових циклів. Для потужних лазерних додатків потрібні лінзи з низькою відбивною здатністю для обмеження високоенергетичного відбиття. Теплова характеристика цих підкладок з покриттям AR регулюється здатністю композитної структури розсіювати тепло, що утворюється в результаті поглинання падаючої енергії лазера під час пропускання або відбиття. Ця здатність безпосередньо пов’язана з поглинанням, яке відбувається у підкладці, матеріалі покриття та різних інтерфейсах. Поверхневе забруднення, погана адгезія та невідповідність теплових властивостей можуть додатково сприяти створенню неоднорідних розподілів температури, які поступово призводять до деградації плівки, включаючи розтріскування, відшарування, розшарування та руйнування поверхні.

В екстремальних умовах можуть статися катастрофічні руйнування, такі як руйнування, плавлення та абляція як плівки, так і основи. Це може призвести до серйозного погіршення характеристик AR-покриття.

РИСУНОК 2. Завдяки своєму періоду субхвиль, поверхнево-рельєфна структура вугрів, викарбована в матеріал підкладки, виглядає як плівка з індексом градієнта до падаючого променя світла, тим самим слугуючи шаром, що відповідає імпедансу, що усуває відбиття Френеля на повітряній підкладці інтерфейс. Натисніть тут, щоб збільшити зображення

Одним із підходів, який продемонстрував великі перспективи для досягнення надзвичайно високоефективних вимог AR-поверхонь, є використання конструкцій, що складаються з вугрів, що мають довжину хвилі. Описовий термін структури мотго очей був введений наприкінці 1960-х - на початку 1970-х рр. Натуралістами, які працювали над пов’язанням спостережень у природі з реальними програмами1

Ці дослідники помітили, що очі нічних комах, таких як молі, мало або зовсім не відображають світла, незалежно від кута падіння освітлюючого світла або довжини світлової хвилі. Вони взялися за розсічення різних очей комах і виявили, під великим збільшенням, наданим електронним мікроскопом, що поверхня ока молі покрита масивом конічних виступів висотою 200 нм, розділених 200 нм (див. Рис. 1).

Структура мотогони створює фактично плівку з індексом градієнта з матеріалу з рівномірним показником заломлення (див. Рис. 2). Сама по собі оптична підкладка демонструє розрив показника заломлення на межі розділу між нею та навколишнім середовищем з різним показником заломлення (таким як повітря). Цей невідповідність індексу відповідає за відбиту хвилю, яка утворюється, коли на її поверхню падає пучок світла. Якщо на поверхні підкладки створюється простий, крокоподібний бінарний візерунок періоду підхвильової довжини, бінарна структура поводиться так, ніби це тонка плівка, що має ту саму висоту, що і двійковий крок, але з ефективним індексом, який є просторовим середнє значення показника заломлення навколишнього середовища та субстрату.