Jak płytki z węglika krzemu tłumią efekt tęczy

Dzięki wyjątkowo wysokiemu współczynnikowi załamania światła (≥2,6) węglik krzemu stanowi podstawowe fizyczne rozwiązanie eliminujące „efekt tęczy” w strukturach falowodów optycznych. Zjawisko to powstaje, gdy światło otoczenia przechodzi przez falowód AR; Kąty dyfrakcji różnią się w zależności od długości fali, powodując dyspersję, która rozdziela białe światło na widmo tęczowe. Wysoki współczynnik załamania światła węglika krzemu pozwala sprostać temu wyzwaniu na dwa kluczowe sposoby:

Wysoki współczynnik załamania światła zapewnia większą elastyczność projektowania, umożliwiając stosowanie drobniejszych okresów siatki. Gdy okres siatki zostanie zredukowany do nanoskali, kąty dyfrakcji światła otoczenia znacznie się zwiększają – często przesuwając światło poza zakres percepcji ludzkiego oka – tym samym wizualnie zmniejszając widoczność rozpraszającego, ugiętego światła.

Z punktu widzenia optyki falowej wektor fazowy nadawany przez siatkę padającemu światłu jest wprost proporcjonalny do długości fali i odwrotnie proporcjonalny do okresu siatki; w konsekwencji mniejszy okres skutkuje większym kątem odchylenia ugiętego światła. W przypadku światła padającego pod dużymi kątami zbyt mały okres siatki powoduje, że ugięte światło przesuwa się poza pierścieniowy obszar przestrzeni K falowodu, który obsługuje tryby prowadzone, ograniczając w ten sposób efektywne pole widzenia. Osiągnięcie szerokiego pola widzenia przy pełnokolorowej transmisji w systemie monolitycznym wymaga zatem unikania zbyt małych okresów siatki.

Zaleta węglika krzemu (SiC) w łagodzeniu „efektu tęczy” wynika zasadniczo z elastyczności projektowania, jaką zapewnia jego wysoki współczynnik załamania światła. Struktury o wysokim współczynniku załamania światła kompresują efektywną długość fali światła, umożliwiając znacznie krótsze okresy siatki — na przykład na podłożu SiC można uzyskać okres 300 nm, podczas gdy na konwencjonalnych podłożach szklanych zwykle wymagane jest 500 nm. Przy stałym kącie padania efekt kompresji okresu znacznie zmniejsza wariancję kąta rozproszenia na różnych długościach fal. Dane eksperymentalne wskazują, że w zakresie światła widzialnego 400–700 nm siatki na bazie SiC wykazują o około 40% mniejszą zmienność kąta rozproszenia niż siatki wykonane z materiałów konwencjonalnych. Dzięki zoptymalizowanej konstrukcji rozproszone światło odpowiedzialne za efekt tęczy można skierować poza zakres widzialny ludzkiego oka, skutecznie eliminując pojawianie się artefaktów tęczy.

Co więcej, badania wskazują, że zastosowanie konstrukcji obejmującej podłoże SiC w połączeniu z wielowarstwową strukturą cienkowarstwową SiO2/TiO2/ITO może skutecznie zmniejszyć odbicie światła widzialnego na powierzchni soczewki, poprawiając w ten sposób transmisję światła. Z jednej strony wielowarstwowa struktura minimalizuje odchylenie kolorów spowodowane odbiciem światła, pośrednio łagodząc efekt tęczy; z drugiej strony wielowarstwowa, cienkowarstwowa struktura blokuje światło niebieskie, co również pomaga zredukować efekt tęczy, ponieważ światło niebieskie ma krótszą długość fali i jest bardziej podatne na rozproszenie, co jest główną przyczyną efektu tęczy.

Wyjątkowa twardość i stabilność chemiczna węglika krzemu sprawiają, że idealnie nadaje się on do precyzyjnych procesów, takich jak litografia nanoimprintowa i litografia wiązką elektronów, umożliwiając wysoce precyzyjne wytwarzanie struktur submikronowych siatek w celu rozwiązania problemu efektu tęczy.

Źródło: xiamenzhongxinjingyan