¿Cómo suprimen las obleas de carburo de silicio el efecto arcoíris?

Gracias a su índice de refracción excepcionalmente alto (≥2,6), el carburo de silicio ofrece una solución física fundamental para eliminar el 'efecto arco iris' en las estructuras de guías de ondas ópticas. Este fenómeno surge cuando la luz ambiental pasa a través de una guía de ondas AR; Los ángulos de difracción varían según la longitud de onda, lo que provoca una dispersión que divide la luz blanca en un espectro de arco iris. El alto índice de refracción del carburo de silicio aborda este desafío de dos maneras clave:

Su alto índice de refracción otorga una mayor flexibilidad de diseño, lo que permite el uso de períodos de rejilla más finos. Cuando el período de la rejilla se reduce a la nanoescala, los ángulos de difracción de la luz ambiental aumentan significativamente (a menudo desplazando la luz fuera del rango de percepción del ojo humano), disminuyendo así visualmente la visibilidad de la luz difractada que distrae.

Desde la perspectiva de la óptica ondulatoria, el vector de fase impartido por una rejilla a la luz incidente es directamente proporcional a la longitud de onda e inversamente proporcional al período de la rejilla; en consecuencia, un período más pequeño da como resultado un ángulo de desviación mayor para la luz difractada. Para la luz que incide en ángulos grandes, un período de rejilla excesivamente pequeño hace que la luz difractada se desplace fuera de la región anular del espacio K de la guía de ondas que admite los modos guiados, limitando así el campo de visión efectivo. Por lo tanto, lograr un amplio campo de visión con transmisión a todo color en un sistema monolítico requiere evitar períodos de rejilla que sean demasiado pequeños.

La ventaja del carburo de silicio (SiC) para mitigar el 'efecto arco iris' surge fundamentalmente de la flexibilidad de diseño que ofrece su alto índice de refracción. Las estructuras de alto índice de refracción comprimen la longitud de onda efectiva de la luz, lo que permite períodos de rejilla significativamente más pequeños; por ejemplo, se puede lograr un período de 300 nm en un sustrato de SiC, mientras que normalmente se requieren 500 nm en sustratos de vidrio convencionales. En un ángulo de incidencia fijo, este efecto de compresión del período reduce sustancialmente la variación del ángulo de dispersión en diferentes longitudes de onda. Los datos experimentales indican que dentro del rango de luz visible de 400 a 700 nm, las rejillas basadas en SiC exhiben aproximadamente un 40% menos de variación del ángulo de dispersión que las hechas de materiales convencionales. A través de un diseño optimizado, la luz parásita responsable del efecto del arco iris puede desviarse del rango visible del ojo humano, suprimiendo efectivamente la aparición de artefactos del arco iris.

Además, las investigaciones indican que emplear un diseño con un sustrato de SiC combinado con una estructura de película delgada multicapa de SiO2/TiO2/ITO puede reducir eficazmente el reflejo de la luz visible en la superficie de la lente, mejorando así la transmisión de la luz. Por un lado, la estructura multicapa minimiza la desviación de color provocada por el reflejo de la luz, mitigando indirectamente el efecto arcoíris; por otro lado, la estructura de película delgada multicapa bloquea la luz azul, lo que también ayuda a reducir el efecto arcoíris, ya que la luz azul tiene una longitud de onda más corta y es más propensa a la dispersión, una de las principales causas del efecto arcoíris.

La dureza excepcional y la estabilidad química del carburo de silicio lo hacen ideal para procesos de precisión como la litografía por nanoimpresión y la litografía por haz de electrones, lo que permite la fabricación de alta precisión de estructuras de rejilla submicrónicas para resolver el problema del efecto arco iris.

Fuente: xiamenzhongxinjingyan