Jak destičky z karbidu křemíku potlačují duhový efekt

Díky svému výjimečně vysokému indexu lomu (≥2,6) nabízí karbid křemíku základní fyzikální řešení pro eliminaci 'duhového efektu' ve strukturách optických vlnovodů. Tento jev vzniká, když okolní světlo prochází vlnovodem AR; difrakční úhly se mění podle vlnové délky, což způsobuje rozptyl, který rozděluje bílé světlo na duhové spektrum. Vysoký index lomu karbidu křemíku řeší tento problém dvěma klíčovými způsoby:

Jeho vysoký index lomu poskytuje větší flexibilitu designu a umožňuje použití jemnějších period mřížky. Když se perioda mřížky zkrátí na nanoměřítko, difrakční úhly okolního světla se výrazně zvětší – často posune světlo mimo rozsah vnímání lidského oka – a tím vizuálně sníží viditelnost rušivého ohybu světla.

Z hlediska vlnové optiky je fázový vektor přenášený mřížkou do dopadajícího světla přímo úměrný vlnové délce a nepřímo úměrný periodě mřížky; v důsledku toho menší perioda vede k většímu úhlu vychýlení pro ohybové světlo. U světla dopadajícího pod velkými úhly způsobuje příliš malá perioda mřížky posunutí ohybového světla mimo prstencovou oblast K-prostoru vlnovodu, který podporuje řízené vidy, čímž omezuje efektivní zorné pole. Dosažení širokého zorného pole s plnobarevným přenosem v monolitickém systému proto vyžaduje vyhnout se příliš malým dobám mřížky.

Výhoda karbidu křemíku (SiC) při zmírňování 'duhového efektu' vychází v podstatě z konstrukční flexibility, kterou poskytuje jeho vysoký index lomu. Struktury s vysokým indexem lomu komprimují efektivní vlnovou délku světla, což umožňuje výrazně menší periody mřížky – například perioda 300 nm je dosažitelná na substrátu SiC, zatímco na konvenčních skleněných substrátech je obvykle vyžadováno 500 nm. Při pevném úhlu dopadu tato perioda-kompresní efekt podstatně snižuje rozptyl rozptylového úhlu napříč různými vlnovými délkami. Experimentální data naznačují, že v rozsahu viditelného světla 400–700 nm mřížky na bázi SiC vykazují přibližně o 40 % menší rozptyl rozptylového úhlu než mřížky vyrobené z konvenčních materiálů. Díky optimalizovanému designu může být rozptýlené světlo zodpovědné za duhový efekt nasměrováno pryč z viditelného rozsahu lidského oka, čímž se účinně potlačí výskyt duhových artefaktů.

Kromě toho výzkum naznačuje, že použití konstrukce obsahující substrát SiC v kombinaci s vícevrstvou strukturou tenkého filmu SiO2/TiO2/ITO může účinně snížit odraz viditelného světla na povrchu čočky, a tím zvýšit propustnost světla. Na jedné straně vícevrstvá struktura minimalizuje barevné odchylky způsobené odrazem světla a nepřímo tak zmírňuje duhový efekt; na druhé straně vícevrstvá tenkovrstvá struktura blokuje modré světlo, což také pomáhá snižovat duhový efekt – protože modré světlo má kratší vlnovou délku a je náchylnější k rozptylu, což je primární příčina duhového efektu.

Výjimečná tvrdost a chemická stabilita karbidu křemíku jej činí ideálně vhodným pro přesné procesy, jako je litografie s nanotiskem a litografie s elektronovým paprskem, což umožňuje vysoce přesnou výrobu submikronových mřížkových struktur k vyřešení problému duhového efektu.

Zdroj: xiamenzhongxinjingyan