Comment les plaquettes de carbure de silicium suppriment-elles l'effet arc-en-ciel

Grâce à son indice de réfraction exceptionnellement élevé (≥2,6), le carbure de silicium offre une solution physique fondamentale pour éliminer « l'effet arc-en-ciel » dans les structures de guides d'ondes optiques. Ce phénomène se produit lorsque la lumière ambiante traverse un guide d'ondes AR ; les angles de diffraction varient en fonction de la longueur d'onde, provoquant une dispersion qui divise la lumière blanche en un spectre arc-en-ciel. L'indice de réfraction élevé du carbure de silicium répond à ce défi de deux manières principales :

Son indice de réfraction élevé offre une plus grande flexibilité de conception, permettant l'utilisation de périodes de réseau plus fines. Lorsque la période de réseau est réduite à l'échelle nanométrique, les angles de diffraction de la lumière ambiante augmentent considérablement, déplaçant souvent la lumière en dehors du champ de perception de l'œil humain, diminuant ainsi visuellement la visibilité de la lumière diffractée distrayante.

Du point de vue de l'optique ondulatoire, le vecteur de phase conféré par un réseau à la lumière incidente est directement proportionnel à la longueur d'onde et inversement proportionnel à la période du réseau ; par conséquent, une période plus petite entraîne un angle de déviation plus grand pour la lumière diffractée. Pour la lumière incidente à de grands angles, une période de réseau trop petite entraîne le déplacement de la lumière diffractée en dehors de la région annulaire de l'espace K du guide d'ondes qui prend en charge les modes guidés, limitant ainsi le champ de vision effectif. Obtenir un large champ de vision avec une transmission pleine couleur dans un système monolithique nécessite donc d'éviter des périodes de réseau trop petites.

L'avantage du carbure de silicium (SiC) pour atténuer « l'effet arc-en-ciel » découle fondamentalement de la flexibilité de conception offerte par son indice de réfraction élevé. Les structures à indice de réfraction élevé compriment la longueur d'onde effective de la lumière, permettant des périodes de réseau considérablement plus courtes : par exemple, une période de 300 nm est réalisable sur un substrat SiC, alors qu'une période de 500 nm est généralement requise sur les substrats en verre conventionnels. À un angle d'incidence fixe, cet effet de compression de période réduit considérablement la variance de l'angle de dispersion sur différentes longueurs d'onde. Les données expérimentales indiquent que dans la plage de lumière visible de 400 à 700 nm, les réseaux à base de SiC présentent environ 40 % de variance d'angle de dispersion en moins que ceux constitués de matériaux conventionnels. Grâce à une conception optimisée, la lumière parasite responsable de l'effet arc-en-ciel peut être dirigée loin de la plage visible de l'œil humain, supprimant ainsi efficacement l'apparence des artefacts arc-en-ciel.

En outre, les recherches indiquent que l'utilisation d'une conception comportant un substrat SiC combiné à une structure multicouche en couche mince SiO2/TiO2/ITO peut réduire efficacement la réflexion de la lumière visible à la surface de la lentille, améliorant ainsi la transmission de la lumière. D'une part, la structure multicouche minimise la déviation de couleur causée par la réflexion de la lumière, atténuant indirectement l'effet arc-en-ciel ; d'autre part, la structure multicouche en couche mince bloque la lumière bleue, ce qui contribue également à réduire l'effet arc-en-ciel, car la lumière bleue a une longueur d'onde plus courte et est plus sujette à la dispersion, principale cause de l'effet arc-en-ciel.

La dureté exceptionnelle et la stabilité chimique du carbure de silicium le rendent parfaitement adapté aux processus de précision tels que la lithographie par nano-impression et la lithographie par faisceau d'électrons, permettant la fabrication de haute précision de structures de réseaux submicroniques pour résoudre le problème de l'effet arc-en-ciel.

Source : xiamenzhongxinjingyan