powłoki optyczne

powłoki optyczne, cienkie warstwy optyczne,

fiz. cienkie warstwy różnych materiałów, którymi powleka się powierzchnie elementów opt. (np. płytek płasko-równoległych, soczewek czy pryzmatów) w celu modyfikacji opt., fiz. lub chem. właściwości tych powierzchni;

są to nanostruktury zbud. z materiałów dielektr. lub metalicznych o precyzyjnie dobranych grubościach (dziesiąte lub setne części mikrometra). Faza cienkowarstwowa danego materiału, ze względu na mniejszy stopień upakowania molekuł, wykazuje inne właściwości fiz. niż jego faza stała. Zagadnienia konstrukcji p.o. stanowią wyodrębniony dział optyki, zajmujący się analizą i syntezą zjawisk interferencji w stosach cienkich warstw. Najczęściej ob. stosowanym sposobem powlekania materiałów są metody fiz. naparowywania w próżni; procesy wytwarzania p.o. w urządzeniach zw. napylarkami próżniowymi należą do działu tzw. wysokich technologii. Właściwości opt. powierzchni z naniesioną powłoką są scharakteryzowane przez wielkości spektrofotometryczne: transmitancję, reflektancję i absorbancję spektralną; właściwości te zależą od rodzaju powłoki, kąta padania i stanu polaryzacji promieniowania elektromagnetycznego oraz współczynnika załamania podłoża, na którym jest osadzana powłoka.

Ze względu na funkcje (tj. na podstawowe sposoby modyfikacji właściwości powierzchni) rozróżnia się 9 podstawowych rodzajów p.o.: 1) odbijające promieniowanie — zwiększają reflektancję powierzchni opt. w zadanym przedziale długości fal; powłoki wykonane z warstw glinu, srebra lub złota są stosowane w zwierciadłach metalicznych, a ze stosu warstw dielektr. — w zwierciadłach dielektr. (np. laserowych); 2) przeciwodblaskowe — zmniejszają reflektancję powierzchni opt. w zadanym przedziale długości fal i zwykle zwiększają transmitancję; służą do ograniczenia odbicia pasożytniczego i są stosowane niemal na każdej zewn. powierzchni soczewek; taką funkcję spełnia np. warstwa ćwierćfalowa (o grubości równiej 1/4 długości fali podającego promieniowania) z fluorku magnezu, osadzona na powierzchni szkła o wysokim współczynniku załamania; 3) osłabiające promieniowanie — rozdzielają strumień padający na 2 wiązki: transmitowaną i odbijaną; rozkład energii tych wiązek odtwarza rozkład energii padającej, w sposób nieselektywny w zadanym przedziale długości fal; powłoki te występują w dzielnikach wiązek świetlnych, mogą być wykonywane np. z dwutlenku tytanu; 4) spektralnie filtrujące wiązki promieniowania — selektywnie zmniejszają transmitancję powierzchni, zazwyczaj zgodnie z podanymi założeniami; powłoki takie, na ogół o bardzo złożonej strukturze, znajdują zastosowanie w filtrach interferencyjnych; 5) selekcjonujące lub łączące wiązki świetlne — dzielą padający strumień promieniowania na 2 lub więcej wiązek, z których każda zawiera ograniczony zakres widma i jest propagowana przez odbicie lub transmisję; w odwrotnym biegu łączą wiązki z różnych zakresów widma; powłoki takie są stosowane w zwierciadłach dichroicznych, np. umieszczanych w odbiciowych mikroskopach fluorescencyjnych; 6) polaryzujące wiązki promieniowania — nadają wychodzącemu lub odbitemu promieniowaniu określony stan polaryzacji w zadanym przedziale długości fal; są stosowane w cienkowarstwowych płytkach i kostkach polaryzacyjnych; 7) zmieniające fazę promieniowania — nadają wychodzącemu lub odbitemu promieniowaniu określoną fazę w stosunku do fazy promieniowania padającego i (lub) określoną różnicę faz między wektorami pola elektr. — prostopadłego do płaszczyzny padania i równoległego do tej płaszczyzny w zadanym przedziale długości fal; 8) absorbujące — pochłaniają określoną część strumienia padającego w zadanym przedziale długości fal; powszechnie stosowane w okularach przeciwsłonecznych, występują także w tzw. pułapkach świetlnych; mogą być wytwarzane z warstw metalicznych, np. chromu, tlenku żelaza; 9) pełniące funkcje dodatkowe, np. p.o. przewodzące prąd elektr. oraz stanowiące zabezpieczenie chem. lub mech. — nie mają istotnych właściwości opt., ich właściwa funkcja jest zwykle łączona z funkcją optyczną.

P.o. może pełnić kilka funkcji jednocześnie. Tak jest w przypadku warstwy z fluorku magnezu osadzonej na powierzchni szkła nieodpornego na korozję; spełnia ona funkcję przeciwodblaskową i dodatkowo antykorozyjną. Powłoki pełniące funkcje wymienione w punktach mogą być wytwarzane ze specjalnie do tego celu preparowanych materiałów cienkowarstwowych — jednoskładnikowych lub wieloskładnikowych — o niskim (kriolit, fluorek magnezu, ditlenek krzemu), średnim (fluorek ceru, tlenek glinu) i wysokim (siarczek cynku, ditlenki tytanu, cyrkonu, hafnu) współczynniku załamania.

Grzegorz Kopeć