پوشش‌های اپتیکی – کیفیت سطح و استاندارد Scratch-Dig

مقدمه
تأیید کیفیت پوشش‌های اپتیکی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، به‌ویژه زمانی که به بررسی و کنترل نقص‌های سطحی (که به‌طور معمول به‌عنوان Scratch-Dig شناخته می‌شود) پرداخته می‌شود. علاوه بر ملاحظات عملکردی، اغلب یک الزام قراردادی است که از استانداردهای صنعتی مانند MIL-PRF-13830B و ISO 10110-7 استفاده شود.

این استانداردها روش‌های کلی برای ارزیابی قابل قبول بودن یک پوشش ارائه می‌دهند، اما معمولاً سوالات و ابهاماتی را برای بازرس‌ها ایجاد می‌کنند، به‌ویژه جایی که پیشرفت‌های فناوری پوشش و کاربردهای جدید همچنان چالش‌های جدیدی را به همراه دارند.

در این مقاله، ما رایج‌ترین فرآیندهای پوشش‌دهی را خلاصه کرده و به سوالات متداولی که در این زمینه دریافت می‌کنیم، پاسخ می‌دهیم.

تامین و خرید انواع شیشه با نازلترین قیمت و در سریعترین زمان

در صورت درخواست ثبت سفارش، از طریق واتس اپ پیام بدهید

شیشه بوروسیلیکات

شیشه کوارتز تخت

میله کوارتز

شیشه BK7

لوله کوارتز

شیشه FTO / ITO

۱. رایج‌ترین تکنیک‌های پوشش‌دهی چیستند؟

پاسخ:

تکنیک‌های مختلفی برای پوشش‌دهی وجود دارند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند و بسته به کاربرد، انتخاب می‌شوند. در اینجا چهار تکنیک رایج پوشش‌دهی اپتیکی توضیح داده شده است:

• تبخیر با کمک یون‌های الکترونی (IAD): در این تکنیک، یک تفنگ الکترونی الکترون‌ها را به سمت ماده شلیک می‌کند و آن را در یک اتاقک خلاء تبخیر می‌کند. بخار تولید شده بر روی سطح اپتیک متراکم شده و لایه‌های یکنواختی از پوشش را تشکیل می‌دهد.
  ضخامت پوشش با تنظیم دقیق فرآیند قابل کنترل است. این روش از انواع مختلف مواد پشتیبانی می‌کند و نسبت به روش‌های دیگر از نظر هزینه به صرفه‌تر است.
• اسپاترینگ یون‌افشانی (IBS): در این روش، یک پرتو با انرژی بالا از یون‌ها به ماده پوششی مورد نظر برخورد می‌کند که باعث می‌شود اتم‌های ماده “پاشیده” شوند.
  اتم‌های افشانه‌شده انرژی جنبشی بالایی دارند که باعث می‌شود فیلم‌های چگال و صافی روی سطح اپتیک تشکیل شوند. به‌طور کلی، این روش معمولاً پوشش‌هایی با کیفیت ظاهری بهتر نسبت به IAD تولید می‌کند.
• اسپاترینگ پلاسما پیشرفته (APS): این تکنیک پوشش‌دهی مشابه IBS است، با این تفاوت که در آن به جای یون‌ها، یک کاتد پلاسما شلیک می‌شود. پلاسما تمام اتاقک پوشش‌دهی را پر کرده و ماده‌ای را آزاد می‌کند که سپس بر سطح اپتیک رسوب می‌کند.
• اسپاترینگ مغناطیسی واکنشی پلاسما (PARMS): در این روش، پلاسما به‌طور مشابه با APS تولید می‌شود، اما میدان مغناطیسی پلاسما را اطراف هدف محصور می‌کند تا اینکه تمام اتاقک را پر کند. این امر باعث می‌شود که این تکنیک با فشار پایین‌تری کار کند و کارایی بالاتری داشته باشد، زیرا پلاسما محصور است.

۲. چگونه بازرسان می‌توانند تشخیص دهند که نقص‌ها در لایه پوشش هستند یا در زیرلایه پایه؟

پاسخ:

این سوال معمولاً زمانی مطرح می‌شود که اطلاعات قابل اعتماد در مورد وضعیت سطح اپتیکی قبل از اعمال پوشش وجود نداشته باشد، و پاسخ به این سوال مهم است زیرا درک زمان و چگونگی ایجاد یا بدتر شدن نقص‌ها می‌تواند برای بهبود فرآیندها حیاتی باشد.

به‌طور خلاصه، هنگامی که سطح اپتیکی برای بررسی نقص‌ها پس از اعمال پوشش بازرسی می‌شود، تشخیص اینکه کدام نقص‌ها در فرآیند پوشش‌دهی ایجاد شده‌اند (یا بدتر شده‌اند) می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.

به همین دلیل، بازرسی قطعات قبل و بعد از پوشش‌دهی به عنوان معتبرترین و عملی‌ترین راه‌حل در نظر گرفته می‌شود.

برای این منظور، ارزیابی مزایای استفاده از سیستم بازرسی خودکار که می‌تواند داده‌های بازرسی عینی را به‌طور خودکار ضبط، ذخیره و نمایش دهد تا مقایسه سریعی در هر مرحله از فرآیند انجام شود، می‌تواند مفید باشد.

۳. رایج‌ترین نقص‌های پوشش اپتیکی چیستند؟

پاسخ:

• خراش‌ها/حفره‌ها Scratches/Digs: این‌ها نقص‌های خطی یا نقطه‌ای هستند که می‌توانند نور را پراکنده کرده و عملکرد اپتیکی را کاهش دهند.
• کدری Hazing: این نقص به‌صورت ابری، شیری یا مه‌آلود بر روی سطح ظاهر می‌شود. معمولاً ناشی از تعداد زیادی نقص کوچک و نقطه‌ای است که به‌طور یکنواخت در سراسر سطح توزیع شده‌اند.
• لکه‌ها Staining: لکه‌ها تغییر رنگ‌ها یا نقاطی هستند که بر روی سطح ظاهر می‌شوند و معمولاً نواحی بزرگتری را تحت تأثیر قرار داده و ظاهر و عملکرد پوشش را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
• حفره‌ها Pinholes: فضای خالی، سوراخ‌ها یا لایه‌های گمشده در پوشش هستند که می‌توانند باعث رفتار نامطلوبی مانند عبور نور شوند.

۴. ما پوشش‌هایی داریم که ظاهری شیری یا ابری دارند و این نتیجه نقص‌های کوچک و کم‌رنگ شبیه به “حفره” است. اگر هر یک از این حفره‌ها بیش از حد بزرگ یا واضح شوند، ممکن است مشکل‌ساز شود. همچنین، افزایش میزان کدری فراتر از حد خاصی نیز می‌تواند مشکل باشد. ما همچنین نیاز به انجام بازرسی کیفیت سطح (که به‌طور معمول به عنوان Scratch-Dig شناخته می‌شود) طبق استانداردهای صنعتی خاص داریم. چگونه می‌توانیم یک فرآیند بازرسی منطقی، consistent و قابل‌اعتماد بر اساس این وضعیت بسازیم؟

پاسخ:

بسیاری از فرآیندهای پوشش‌دهی می‌توانند نقص‌های ذاتی شبیه به “حفره” تولید کنند که تا یک سطح خاص قابل قبول خواهند بود. برای برخی شگفت‌آور است که حتی در برخی از کاربردها حضور توزیع یکنواخت این نقص‌های کوچک می‌تواند به آستانه‌های آسیب لیزری کمک کند، همانطور که در این مقاله نشان داده شده است (McGuigan, Ryan & Kessler, Helmut. (2021). Thermal laser induced damage in optical coatings due to an incident pulse train. 37. 10.1117/12.2600793).

در زمان نگارش این مقاله، استانداردهای قابل‌اجرا برای کیفیت سطح به این سناریو خاص پرداخته نشده‌اند. برای کسانی که به یک راه‌حل فوری نیاز دارند، ما پیشنهاد می‌کنیم که مزایای استفاده از یک سیستم بازرسی خودکار را ارزیابی کنند که قادر است نقص‌های ذاتی پوشش را به‌طور عینی و یکنواخت مدیریت کند.