Как пластины карбида кремния подавляют эффект радуги

Благодаря исключительно высокому показателю преломления (≥2,6) карбид кремния предлагает фундаментальное физическое решение для устранения «эффекта радуги» в оптических волноводных структурах. Это явление возникает, когда окружающий свет проходит через волновод AR; Углы дифракции варьируются в зависимости от длины волны, вызывая дисперсию, которая расщепляет белый свет на радужный спектр. Высокий показатель преломления карбида кремния решает эту проблему двумя ключевыми способами:

Его высокий показатель преломления обеспечивает большую гибкость конструкции, позволяя использовать более мелкие периоды решетки. Когда период решетки уменьшается до наномасштаба, углы дифракции окружающего света значительно увеличиваются, часто выводя свет за пределы диапазона восприятия человеческого глаза, тем самым визуально уменьшая видимость отвлекающего дифрагированного света.

С точки зрения волновой оптики фазовый вектор, сообщаемый решеткой падающему свету, прямо пропорционален длине волны и обратно пропорционален периоду решетки; следовательно, меньший период приводит к большему углу отклонения дифрагированного света. Для света, падающего под большими углами, слишком малый период решетки приводит к смещению дифрагированного света за пределы кольцевой области K-пространства волновода, которая поддерживает направленные моды, тем самым ограничивая эффективное поле зрения. Поэтому для достижения широкого поля зрения с полноцветной передачей в монолитной системе необходимо избегать слишком малых периодов решетки.

Преимущество карбида кремния (SiC) в смягчении «эффекта радуги» в основном связано с гибкостью конструкции, обеспечиваемой его высоким показателем преломления. Структуры с высоким показателем преломления сжимают эффективную длину волны света, что позволяет значительно уменьшить период решетки — например, период 300 нм достижим на подложке SiC, тогда как на обычных стеклянных подложках обычно требуется 500 нм. При фиксированном угле падения этот эффект сжатия периода существенно уменьшает дисперсию угла дисперсии на разных длинах волн. Экспериментальные данные показывают, что в диапазоне видимого света 400–700 нм решетки на основе SiC демонстрируют примерно на 40% меньшую дисперсию угла дисперсии, чем решетки, изготовленные из традиционных материалов. Благодаря оптимизированной конструкции рассеянный свет, ответственный за эффект радуги, может быть направлен за пределы видимого диапазона человеческого глаза, эффективно подавляя появление радужных артефактов.

Кроме того, исследования показывают, что использование конструкции, состоящей из подложки SiC в сочетании с многослойной тонкопленочной структурой SiO2/TiO2/ITO, может эффективно уменьшить отражение видимого света на поверхности линзы, тем самым улучшая светопропускание. С одной стороны, многослойная структура минимизирует отклонение цвета, вызванное отражением света, косвенно смягчая эффект радуги; с другой стороны, многослойная тонкопленочная структура блокирует синий свет, что также помогает уменьшить эффект радуги, поскольку синий свет имеет более короткую длину волны и более склонен к дисперсии, что является основной причиной эффекта радуги.

Исключительная твердость и химическая стабильность карбида кремния делают его идеально подходящим для прецизионных процессов, таких как наноимпринтная литография и электронно-лучевая литография, что позволяет высокоточное изготовление субмикронных решетчатых структур для решения проблемы эффекта радуги.

Источник: Сямэньчжунсинцзинянь