componenti ottici interferenziali optical interference
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Componenti Ottici Interferenziali Optical Interference Coatings
FIS-OTT
Angela Piegari
Componenti ottici inteferenziali: sommario
Coatings ottici: cosa sono e come funzionanoApplicazioni in vari settori
Optical coatings can be found in nearly every technical device, fromophthalmic glasses, to mass products such as cameras, binoculars ordiscplayers, up to high-end products including complex opticalsystems for fundamental research, information and laser technology.For the year 2002, the global turnover of optical coatings wasestimated to be 6.1 Billion Euro, increasing with an average annualgrowth rate of up to 10% during the last years. Europe is the secondlargest global suppliers for optical thin films, behind the United States,which provides 40% of total sales ...
(da UE-FP6: Network of Excellence “High Quality Optical Coatings”)
Progetti in corso e CollaborazioniLaboratori ENEA
Componenti ottici interferenziali• trattamenti a film sottili
strati con spessori nella scala dei nanometriprincipio fisico: interferenza della radiazione elettromagnetica
Film (da 1 a oltre 100)
Substrato (es: vetro)
• funzione modifica delle proprietà di un componente di base
Trattamentoantiriflettentesu vetro(4 strati)
400 450 500 550 600 650 7000
2
4
6
8
10 AR coating glass
Ref
lect
ance
(%)
wavelength (nm)
• Applicazioni in otticafiltri per la separazione di lunghezze d’onda
illuminazione, telecomunicazioni, spazioottiche per laser
specchi, beam splitters, filtrismart windows, architectural coatingsprotezione opere d’arte……
In ogni applicazione c’è l’esigenza di utilizzare componentiottici con prestazioni sempre più avanzate
Componenti ottici a film sottile
multi band pass
I filtri dicroici sono tipicamente rappresentatida una delle seguenti configurazioni
low band pass
high band passband-pass
FILTRI INTERFERENZIALI
CONTROLLO DELLA LUCE
I filtri cromatici permettono di ottenere fasci di luce colorati.I filtri interferenziali, rispetto a quelli in pasta, conservanopiù a lungo le loro proprietà
FILTRI CROMATICI
CONTROLLO DELLA LUCEFILTRI CORRETTIVI
Sunset
Sun
Polar
Filtri in trasmissione a banda stretta (1)
Filtri DWDM “Dense Wavelength Division Multiplexing” pertelecomunicazioni in fibra
separazione di lunghezze d’onda nello spettro 1528-1561 nm (C-band) e1561-1620 nm (L-band) con larghezza di banda < 1 nm (50-100 GHz)
Filtri LVF “Linearly Variable Filter for image spectrometry from space”(spaceborne Earth observation, remote sensing planetary missions)
picco di tramissione che si sposta lungo una dimensione (<1 cm) dellasuperificie del rivelatore (CCD)
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tran
smitt
ance
, %
Wavelength, nm
>100strati
~20strati
Filtri in trasmissione a banda stretta (2)
Filtri in trasmissione nell’ultravioletto per la misura dellaradiazione solare al suolo (incrementata dalla presenza delbuco dell’ozono) in Antartide
separazione di lunghezze d’onda nello spettro 280-380 nm(0.5 ÷ 0.8 nm half-bandwidth)
300 400 500 600 700 8000
10
20
30
40
50 310 nm 315 325 340 365 380
Tran
smitt
ance
, %
Wavelength, nmLayout of the solar radiometer
>100strati
Ottiche per laser (1)
Specchi per cavità laser (UV-NIR)Elevata riflessione (materiali dielettrici su vetro/quarzo)Riflessione variabile sulla superficie del componente
-10-5
05
10 -10
-5
0
5
10
0.0
0.5
1.0
Ref
lect
ance
Y Axis
X Axis
-4-2
02
4-4
-2
0
2
4
0.0
0.5
1.0
Ref
lect
ance
Y A
xis
X Axis
Mul
tilay
er c
ross
sec
tion
substrate
10-20strati
Ottiche per laser (2)
Specchi per laser per microlitografia EUVElevata riflessione a 13.5 nm, larghezza di banda > 0.3 nmProblemi: ossidazione della superficie, interdiffusione tra Mo e Si
Risultati sperimentali al Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL).
.
[Si(4.37nm)/B4C(0.4nm)/Mo(2.25nm)/B4C(0.25nm)]50
+Si(4.2nm)
Si layer Mo layer
Capping layerBoroncarbidebarrierlayers
substrate
>100strati
Ottiche per laser (3)
Filtri per laser a stato solidoElevata riflessione in una banda di lunghezze d’onda UV(emissione)Elevata trasmissione in una banda adiacente (pompaggio)
250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 3500
20
40
60
80
100
refle
ctan
ce (%
)
wavelength (nm)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
180 230 280 330 380
wavelength (nm)
a. u
.
Ce3+:LiCAF
248 nm
266 nm
Absorption
Fluorescence
~20strati
Coatings per la protezione delle opere d’arte
Trasmissione nulla al di fuori dello spettro visibile (UV e NIR)per evitare il danneggiamentoRiflessione nulla nel visibile (410-680 nm) senza alterazione delcolore per migliorare la visione
Wavelength (nm)
R
T
T
rans
mitt
ance
/ref
lect
ance
(%)
two-layer coating (ITO/SIO2) on glass CIE color diagram (D65) for T and R
L’ossido di indio e stagno (ITO) è interessante per varie applicazioni: flat panel displays, solarcells, touch screens, architectural coatings, smart windows, electromagnetic shielding, ecc.
x
y
Progetti in corso e collaborazioni
Componenti ottici per laser a elettroni liberi nell’ultravioletto 150-200nm (progetto Unione Europea) Partners: 10 istituti europeiFiltri dicroici per laser a stato solido nell’ultravioletto (MIUR e CNR)Partners: IFAC-CNR, Università di PisaSpecchi nell’estremo ultravioletto (EUV – 13.5 nm) per laser permicrolitografia (MIUR) Partners:EL.EN, Università Padova e l’AquilaFitri in trasmissione a banda stretta spazialmente variabili (progettoESA-Agenzia Spaziale Europea) Partners: Galileo AvionicaTrattamenti ottici per la protezione e la fruizione delle opere d’arte(progetto Cassa di Risparmio di Firenze) Partners: Istituto Nazionaledi Ottica Applicata, Industrie, MuseiNetwork of Excellence UE-NMP “High Quality Optical Coatings”……Servizi tecnologici e consulenze su richieste esterne
20012004
20032006
20032006
20022004
20032004
20042009
Network of Excellence : High Quality Optical Coatings(Nanotechnology and nanosciences, knowledge-based multifunctionalmaterials, new production processes and devices – ‘NMP’)
Core group (33 partners) + Application group Duration: 5 years Research Activities:
Preparation of Optical Surfaces (PoS)Design strategies of coatings for Optical Functions (DoF)Production techniques for advanced Optical Coatings (PoC)Quality management in Optical Coating production (QoC)New and Innovative components and Coatings (NiC)
Tasks/application fields:
Collaborazioni Internazionali
NoE Partners
Collaborazioni attiveall’interno di variprogetti da oltre 10 anni
Committenti tipici:Unione Europea,Agenzia SpazialeEuropea
Componenti Ottici: strategie di ricerca
Presentazione di progetti/selezione delle richiestecoerentemente con il Piano AnnualeProgettazione del componente ottico/analisi deimateriali da utilizzareOttimizzazione delle proprietà ottiche deimateriali/messa a punto del processo tecnologico direalizzazioneCaratterizzazione ottica e funzionale nelle fasiintermedie di produzione e test finali
Gruppo Componenti Ottici -
Esperienza nel settore: circa 20 anniStrumentazione: impianti per la realizzazione dicomponenti ottici e apparati di misura (clean room)Collaborazioni internazionali: laboratori europei(Fraunhofer Istitute, CEA, ecc.)Presenza in vari comitati organizzativiPubblicazioni: circa 20 articoli all’anno, contributi alibri, atti di convegniPersonale staff : 10
extra-staff : 4-5
Impianti deposizione coatings
Strumenti per misure ottiche