In che modo i wafer in carburo di silicio sopprimono l'effetto arcobaleno

Grazie al suo indice di rifrazione eccezionalmente elevato (≥2,6), il carburo di silicio offre una soluzione fisica fondamentale per eliminare l''effetto arcobaleno' nelle strutture delle guide d'onda ottiche. Questo fenomeno si verifica quando la luce ambientale passa attraverso una guida d'onda AR; gli angoli di diffrazione variano a seconda della lunghezza d'onda, causando una dispersione che divide la luce bianca in uno spettro arcobaleno. L'alto indice di rifrazione del carburo di silicio affronta questa sfida in due modi principali:

Il suo elevato indice di rifrazione garantisce una maggiore flessibilità di progettazione, consentendo l'uso di periodi di reticolo più fini. Quando il periodo reticolare viene ridotto a scala nanometrica, gli angoli di diffrazione della luce ambientale aumentano in modo significativo, spesso spostando la luce al di fuori del campo di percezione dell'occhio umano, diminuendo così visivamente la visibilità della luce diffratta che distrae.

Dal punto di vista dell'ottica ondulatoria, il vettore di fase impartito da un reticolo alla luce incidente è direttamente proporzionale alla lunghezza d'onda e inversamente proporzionale al periodo del reticolo; di conseguenza, un periodo più piccolo si traduce in un angolo di deflessione maggiore per la luce diffratta. Per la luce incidente ad angoli ampi, un periodo reticolare eccessivamente piccolo fa sì che la luce diffratta si sposti all'esterno della regione anulare dello spazio K della guida d'onda che supporta le modalità guidate, limitando così il campo visivo effettivo. Per ottenere un ampio campo visivo con trasmissione a colori in un sistema monolitico è quindi necessario evitare periodi di reticolo troppo piccoli.

Il vantaggio del carburo di silicio (SiC) nel mitigare l''effetto arcobaleno' deriva fondamentalmente dalla flessibilità di progettazione offerta dal suo elevato indice di rifrazione. Le strutture ad alto indice di rifrazione comprimono la lunghezza d'onda effettiva della luce, consentendo periodi reticolari significativamente più piccoli: ad esempio, un periodo di 300 nm è ottenibile su un substrato SiC, mentre è generalmente richiesto 500 nm su substrati di vetro convenzionali. Ad un angolo di incidenza fisso, questo effetto di compressione del periodo riduce sostanzialmente la varianza dell'angolo di dispersione attraverso diverse lunghezze d'onda. I dati sperimentali indicano che nell’intervallo di luce visibile di 400–700 nm, i reticoli a base di SiC mostrano circa il 40% in meno di variazione dell’angolo di dispersione rispetto a quelli realizzati con materiali convenzionali. Attraverso un design ottimizzato, la luce diffusa responsabile dell'effetto arcobaleno può essere diretta lontano dal campo visibile dell'occhio umano, sopprimendo efficacemente la comparsa degli artefatti arcobaleno.

Inoltre, la ricerca indica che l'utilizzo di un design caratterizzato da un substrato SiC combinato con una struttura a film sottile multistrato SiO2/TiO2/ITO può ridurre efficacemente la riflessione della luce visibile sulla superficie della lente, migliorando così la trasmissione della luce. Da un lato, la struttura multistrato minimizza la deviazione del colore causata dalla riflessione della luce, mitigando indirettamente l'effetto arcobaleno; d’altro canto, la struttura multistrato a film sottile blocca la luce blu, il che aiuta anche a ridurre l’effetto arcobaleno, poiché la luce blu ha una lunghezza d’onda più corta ed è più incline alla dispersione, una delle cause principali dell’effetto arcobaleno.

L'eccezionale durezza e stabilità chimica del carburo di silicio lo rendono ideale per processi di precisione come la litografia con nanoimpronta e la litografia a fascio di elettroni, consentendo la fabbricazione ad alta precisione di strutture a reticolo submicroniche per risolvere il problema dell'effetto arcobaleno.

Fonte: xiamenzhongxinjingyan