물리도막 두께와 광학막 두께(Physical Thickness & Optical Thickness)란 무엇인가?

물리도막 두께와 광학막 두께(Physical Thickness & Optical Thickness)란 무엇인가?

흔히 '막두께'라고 하면 물리막두께를 말합니다.즉, 자로 잰 길이 그 자체입니다.

광학박막의 세계에서는 물리막 두께보다 광학막 두께를 사용하는 일이 빈번합니다.

빛에 있어서 같은 두께란, 빛이 같은 시간 내에 진행하는 거리인 것입니다.

일반적으로는,

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굴절률 n 물리막 두께 d 광학막 두께 nxd(=nd) 으로 나타냅니다.

보통 광학 막후는 취급하는 빛의 파장 1/4의 몇배인가는 기술을 사용합니다.이는 광학 막후 1/4파장마다 빛의 위상이 같게 되거나 반전하기 때문입니다.

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예를 들면 파장 500nm의 빛에 대해서 광학 막후 100nm의 경우는

 

와 같은 표기가 됩니다.

또, 하기 막 두께의 경우, 다음의 표기 방법이 많이 사용됩니다.

 

즉, QHQ의 막이라고 하면, 다음과 같은 구성이 되어, 기판 측으로부터의 막후를 나타내고 있습니다.

 

광학 박막이란(기능과 효과)

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광학박막은 다층구조로 성막하는 경우가 많은데 여기에서는 그 설명을 간단히 하기 위해 단층막의 반사방지막을 예로 듭니다.

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빛이 계면에 닿으면 반사를 일으킵니다.

예를 들어 왼쪽의 굴절률 1.5의 유리 기판에 빛이 들어갈 경우 입사 측의 계면에서 4%의 빛이 반사되면서 사출 측 표면에서 약 4%를 반사하게 됩니다.

즉, 100%의 빛은 유리를 통과하자 92%에 감쇠되고 투과하고 8%의 빛이 반사됩니다.

밤, 밝은 실내에서 유리창 너머로 밖을 보면, 자신의 모습이 찍히는 것은, 이 8%의 반사광이 보이고 있는 것입니다.

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이러한 현상은, 근처에 있는 아름다운 여성을 유리창의 반사를 사용해 바라보기에는 매우 편리하지만, 조명계에서 사용하면 빛이 어두워지고, 광학계에서는 고스트나 플레어 발생 원인이 되기도 합니다.또, 빛을 신호로 이용하는 경우에는 노이즈나 전송 거리가 짧아지는 등의 불편한 점이 많이 발생해 버립니다.

여기서 광학 박막의 등장입니다.유리 표면에 빛의 파장보다 얇은 막을 붙이면 빛의 거동을 변화시킬 수 있습니다.

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예를 들면 굴절률 1.38의 불화 마그네슘의 막을 약 0.1μm 유리 표면에 코팅하면 표면의 반사율은 코팅 없이 4%에서 1.41%로 감소되는 것입니다.

아래 사진은 한 장의 유리판 중앙에서 왼쪽 반으로 박막으로 반사방지 코팅을 한 것입니다.반사가 감소하여 뒷글자가 보입니다.

박막에서 이런 일을 할 수 있는 것은 박막 표면에서 반사된 빛과 박막과 기판의 계면에서 반사된 빛이 간섭하기 때문입니다.

이 광학박막에 의한 빛의 간섭작용을 이용함으로써 반사를 감소시키거나 반대로 반사를 증가시킬 수 있어 다양한 용도로 사용할 수 있게 됩니다.

 

광학박막이란 (기본막 구성 예)

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광학 박막의 기본막 구성은 아래와 같이 되고 통상은 박막 재료 2~3종류를 번갈아 포개어 일로 소망의 분광 특성이 있습니다.여기에서는 기본적인 막 설계 예를 제시합니다.

실제의 설계는 컴퓨터를 이용해 각층의 막후를 희망의 특성에 합치하도록 최적화 합니다.

또한 기판이나 막의 흡수를 고려할 필요도 있는 것입니다.

다음 사용한 표기는 고 굴절 자재를 H, 저 굴절 자재를 L로 나타내는 일반적인 표기에 따른 광학 막후의 1/4λ의 4은 생략하고 표기하고 있습니다.

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[예시]

1.0H→ 고 굴절 자재(예를 들면 TiO2 n=2.4)막후 1.0/4λ을 나타냅니다.

1.0L→ 저 굴절 자재(예를 들면 SiO2 n=1.46) 막후 1.0/4λ을 나타냅니다.

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기판/0.5L 1.0H 0.5L/공기가 나타내는 구성을 의미합니다.

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