광학 코팅

광학 코팅된 미러 및 렌즈

광학코팅은 렌즈나 거울과 같은 광학부품에 퇴적된 하나 이상의 얇은 재료층이며, 이는 광학이 빛을 반사하고 전달하는 방식을 변화시킨다.광학 코팅의 한 가지 유형은 반사 방지 코팅으로, 표면의 불필요한 반사를 줄여주며, 안경 및 카메라 렌즈에 일반적으로 사용됩니다.또 다른 유형은 고반사 코팅으로, 반사되는 빛의 99.99% 이상을 반사하는 거울을 만드는 데 사용할 수 있습니다.보다 복잡한 광학 코팅은 일부 파장 범위에서 높은 반사율을 보이고 다른 범위에서는 반사를 일으키기 때문에 이색 박막 필터를 생성할 수 있습니다.

코팅의 종류

정상 입사 시 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 금(Au) 금속 거울의 반사율 대 파장 곡선

가장 간단한 광학 코팅은 알루미늄과 같은 금속의 얇은 층으로, 은도금이라고 불리는 공정인 거울 표면을 만들기 위해 유리 기판에 퇴적됩니다.사용된 금속은 거울의 반사 특성을 결정합니다. 알루미늄은 가장 저렴하고 일반적인 코팅이며 가시 스펙트럼에서 약 88%~92%의 반사율을 산출합니다.은은 원적외선에서도 95%~99%의 반사율을 보이지만 청색 및 자외선 스펙트럼 영역에서는 반사율이 감소(90% 미만)하는 문제가 있다.가장 비싼 것은 금으로 적외선에 걸쳐 반사율이 뛰어나지만(98%-99%) 550nm 미만의 파장에서는 반사율이 제한적이기 때문에 전형적인 금색입니다.

금속 코팅의 두께와 밀도를 제어함으로써 반사율을 낮추고 표면의 투과율을 높일 수 있어 반실버 미러를 만들 수 있다.이것들은 「일방향 미러」로 사용되기도 합니다.

광학 코팅의 다른 주요 유형은 유전체 코팅입니다(즉, 기판에 대한 굴절률이 다른 재료를 사용).이것들은 마그네슘 플루오르화물, 플루오르화칼슘, 각종 금속산화물과 같은 얇은 층의 물질로 구성되어 광학 기판 위에 퇴적됩니다.이들 층의 정확한 구성, 두께 및 개수를 신중하게 선택함으로써 코팅의 반사율 및 투과율을 원하는 거의 모든 특성을 만들 수 있습니다.표면의 반사 계수를 0.2% 미만으로 감소시켜 반사 방지(AR) 코팅을 생성할 수 있습니다.반대로 반사율을 99.99% 이상으로 높일 수 있어 고반사(HR) 코팅이 가능합니다.반사율 레벨은, 예를 들면, 90%를 반사해, 그 위에 떨어지는 빛의 10%를 일정한 파장에 걸쳐 투과하는 미러를 생성하는 등, 임의의 값에 맞추어 조정할 수도 있습니다.이러한 미러는 빔플리터 및 레이저 출력 커플러로 자주 사용됩니다.또, 거울이 좁은 파장 대역에서만 빛을 반사해 광학 필터를 생성하도록 설계할 수 있다.

유전체 코팅의 다양성은 쌍안경, 안경 및 사진 렌즈와 같은 소비자 장치뿐만 아니라 많은 과학 광학 기기(레이저, 광학 현미경, 굴절 망원경 및 간섭계 등)에도 사용됩니다.

금속막 위에 유전체 층을 도포하여 보호층을 제공하거나(알루미늄 위에 이산화규소처럼) 금속막의 반사율을 향상시키기도 합니다.금속과 유전체의 조합은 다른 방법으로는 만들 수 없는 고급 코팅에도 사용됩니다.일례로 파장, 각도 및 ^[1]편광에 대한 감도가 비정상적으로 낮은 높은(완벽하지는 않지만) 반사를 나타내는 이른바 "완벽 거울"이 있습니다.

반사 방지 코팅

코팅되지 않은 안경(상단)과 반사 방지 코팅이 있는 안경(하단)의 비교.

반사 방지 코팅은 표면으로부터의 반사를 줄이기 위해 사용됩니다.빛이 한 매체에서 다른 매체로 이동할 때마다(예를 들어, 빛이 공기를 통해 이동한 후 유리 시트로 들어갈 때), 빛의 일부가 두 매체 사이의 표면(인터페이스로 알려져 있음)에서 반사됩니다.

반사를 줄이기 위해 여러 가지 다른 효과가 사용됩니다.가장 간단한 방법은 두 매체 사이의 굴절률을 가진 얇은 재료 층을 계면에 사용하는 것입니다.반사는 다음과 같은 경우에 최소화됩니다.

n_{1}={\sqrt {n_{0}n_{S}}}

S

$n_{1}$ 서 n 1 $({$ 은 $n_{1}$ 씬 레이어의 인덱스, $n_{0}$ 0 $({$ $n_{S}$ $n_{S}$ S $({$ })는 $n_{S}$ 두 미디어의 인덱스입니다.0° 이외의 입사 각도에서 여러 코팅 층에 대한 최적 굴절률은 Moreno 등에 의해 제시된다.(2005년).^[2]

이러한 코팅은 일반 유리의 반사율을 표면당 약 4%에서 약 2%로 줄일 수 있습니다.이것들은 1886년 Rayleigh 경에 의해 발견된 최초의 반사 방지 코팅 유형이었다.그는 이 효과로 인해 낡고 약간 퇴색된 유리 조각들이 새롭고 깨끗한 조각들보다 더 많은 빛을 전달한다는 것을 발견했다.

실제 반사 방지 코팅은 반사 계수의 직접적인 감소를 위해 중간 층에 의존할 뿐만 아니라 얇은 층의 간섭 효과도 사용한다.층 두께가 층 내 빛의 파장의 4분의 1(사분파 코팅)이 되도록 정밀하게 제어되면 얇은 층의 전면과 후면으로부터의 반사가 파괴적으로 간섭하여 서로 상쇄된다.

4분의 1파 반사 방지 코팅의 간섭

실제로 단순한 단층 간섭 코팅의 성능은 반사가 한 각도의 한 파장의 빛에 대해서만 정확히 상쇄된다는 사실과 적절한 재료를 찾는 데 어려움을 겪음으로써 제한된다.일반 유리(n11.5)의 경우 최적 코팅 지수는 n11.23이다.필요한 굴절률을 가진 유용한 물질은 거의 없다.플루오르화마그네슘(MgF)은₂ 경화성이며 물리증착을 이용해 기판에 쉽게 도포할 수 있어 지표가 바람직함(n=1.38)보다 높지만 종종 사용된다.이러한 코팅으로 일반 유리에서 1%까지 반사를 달성할 수 있으며, 더 높은 지수 매질에서 더 나은 결과를 얻을 수 있다.

표면으로부터의 반사가 최대의 파괴 간섭을 받도록 설계된 여러 코팅층을 사용함으로써 추가적인 감소가 가능하다.2개 이상의 층을 사용함으로써 최대 반사율이 0.5% 미만인 가시 범위(400~700nm)를 커버하는 광대역 반사방지 코팅이 일반적으로 달성된다.좁은 파장 대역에서의 반사는 0.1%까지 낮아질 수 있습니다.혹은 굴절률 차이가 작은 일련의 층을 이용하여 굴절률 구배를 이용하여 광대역 반사방지 피막을 형성할 수 있다.

고반사 코팅

여성은 반사율이 높은 광학 코팅이 특징인 선글라스를 착용하고 있다.

고반사(HR) 코팅은 반사 방지 코팅과 반대로 작동합니다.일반적으로 두 가지 물질(예: 황화 아연(n=2.32) 또는 이산화 티타늄(n=2.4)과 같은 높은 지수를 가진 물질과 플루오르화 마그네슘(n=1.38) 또는 이산화 규소(n=1.49)와 같은 낮은 지수를 가진 물질)로 구성된 주기적 층 시스템을 기반으로 한다.이 주기적인 시스템은 밴드-스톱이라고 불리는 특정 파장 범위에서 표면의 반사율을 크게 향상시킵니다.그 폭은 사용된 2개의 지수 비율(사분파 시스템의 경우)에 의해서만 결정되며, 최대 반사율은 스택 내의 여러 층에서 거의 100%까지 증가합니다.층의 두께는 일반적으로 4분의 1파(같은 물질로 구성된 비사분파 시스템과 비교하여 가장 넓은 고반사 대역을 생성함)이며, 이때 반사된 빔이 서로 구조적으로 간섭하여 반사를 극대화하고 투과성을 최소화하도록 설계되었다.완벽하게 매끄러운 표면에서 퇴적된 무유전 무손실 재료로부터 축적된 이러한 코팅 중 가장 좋은 것은 99.999% 이상의 반사율(매우 좁은 파장 범위)에 도달할 수 있습니다.일반적인 HR 코팅은 넓은 파장 범위에서 99.9%의 반사율을 달성할 수 있다(가시 스펙트럼 범위에 10나노미터).

AR 코팅의 경우 HR 코팅은 빛의 입사각에 영향을 받습니다.통상적인 입사로부터 멀어질 경우 반사범위는 더 짧은 파장으로 전환되어 편광에 의존하게 됩니다.이 효과를 이용하여 광빔을 편광하는 코팅을 생성할 수 있습니다.

반사 스택내의 층의 정확한 두께와 조성을 조작하는 것으로, 반사 특성을 특정의 용도에 맞추어 조정할 수 있어 고반사 파장 영역과 반반사 파장 영역을 모두 포함할 수 있다.코팅은 롱패스 또는 쇼트패스 필터, 밴드패스 또는 노치 필터 또는 특정 반사율을 가진 미러(레이저에서 유용)로 설계할 수 있습니다.예를 들어 일부 카메라에 사용되는 이색 프리즘 어셈블리에는 500nm 미만의 빛을 반사하는 장파장 통과 필터와 600nm 이상의 적색 빛을 반사하는 단파장 통과 필터가 2개 필요합니다.나머지 전송 LED는 녹색 컴포넌트입니다.

극자외선 코팅

스펙트럼의 EUV 부분(약 30 nm 미만의 파장)에서는 거의 모든 물질이 강하게 흡수되기 때문에 이 파장 범위에서 빛을 집중시키거나 다른 방법으로 조작하기가 어렵다.EUV 빛으로 이미지를 형성하는 TRACE나 EIT와 같은 망원경은 몰리브덴이나 텅스텐과 같은 고질량 금속과 실리콘 같은 저질량 스페이서로 구성된 수백 개의 층으로 구성된 다층 거울을 유리 같은 기판에 퇴적시킨 것이다.각 층 쌍은 반사되는 빛의 파장의 절반과 같은 두께를 갖도록 설계되어 있다.각 층의 산란광 사이에 건설적인 간섭을 일으키면 거울은 가시광선의 일반 금속 거울과 마찬가지로 원하는 파장의 EUV 빛을 반사합니다.다층 광학을 사용하면 입사 EUV 빛의 최대 70%를 반사할 수 있습니다(미러 구축 시 선택한 특정 파장에서).

투명 전도성 코팅

투명 전도성 코팅은 코팅이 전기를 전도하거나 정전하를 방출하는 것이 중요한 용도에 사용됩니다.전자파 간섭으로부터 개구부를 보호하기 위해 전도성 코팅이 사용되는 반면 정전기의 축적을 방지하기 위해 산란 코팅이 사용됩니다.투명 전도성 코팅은 빛을 통과시켜야 하는 상황(예: 평면 패널 디스플레이 기술 및 많은 광전기화학 실험)에서 전극을 제공하기 위해 광범위하게 사용됩니다.투명 도전성 코팅에 사용되는 일반적인 물질은 산화 인듐 주석(ITO)입니다.그러나 ITO는 광학적으로 매우 투명하지 않다.특히 스펙트럼의 블루 엔드에서 상당한 투명성을 제공하려면 층이 얇아야 한다.ITO를 사용하면 정사각형당 20~10,000Ω의 시트 저항을 달성할 수 있습니다.ITO 코팅과 반사방지 코팅의 조합으로 투과율을 한층 더 향상시킬 수 있다.다른 TCO(투명 전도성 산화물)에는 ITO보다 훨씬 뛰어난 자외선 투과성을 제공하는 AZO(알루미늄 도프 산화 아연)가 포함됩니다.특수 등급의 투명 전도성 코팅은 적외선 투명 창이 (레이더) 스텔스(스텔스 기술) 특성을 가져야 하는 극장-공기 군사 광학용 적외선 필름에 적용됩니다.이것들은 RAIT(레이더 감쇠/적외선 송신)라고 불리며, 붕소 도프 DLC(다이아몬드 유사 탄소)^{[citation needed]}와 같은 물질을 포함합니다.

현재 시장 및 전망

2013년 65억 달러로 추산되는 광학 코팅의 전 세계 수요는 향후 몇 년 동안 매년 6.5% 증가할 것으로 예상됩니다.광학 코팅의 가장 큰 응용 시장은 전자와 반도체의 결합 시장이고, 가장 빠르게 성장하고 있는 것은 광섬유와 ^[3]통신의 결합 시장이다.

원천

헥트, 유진제9장, 광학, 제2판(1990), 애디슨 웨슬리. ISBN0-201-11609-X
I. Moreno, et al., "박막 공간 필터", Optical Letters 30, 914-916 (2005)
C. Clark, et al., "TAMD 시스템용 2색 마하 3 IR 코팅", Proc.SPIE 제4375, 페이지 307-314 (2001)

레퍼런스

^ "MIT researchers create a 'perfect mirror'". MIT press release. 1998-11-26. Retrieved 2007-01-17.
^ "Thin-film spatial filters" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-02-19. Retrieved 2007-05-30.
^ "Market Report: Global Optical Coatings Market". Acmite Market Intelligence. {{cite web}}:외부 링크 publisher=(도움말)

「」를 참조해 주세요.

망원경 부품 및 구조 목록

[1] "MIT researchers create a 'perfect mirror'". MIT press release. 1998-11-26. Retrieved 2007-01-17.

[2] "Thin-film spatial filters" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-02-19. Retrieved 2007-05-30.

[3] "Market Report: Global Optical Coatings Market". Acmite Market Intelligence. {{cite web}}:외부 링크 publisher=(도움말)

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