Componenti Ottici Interferenziali
Optical Interference Coatings
FIS-OTT
Angela Piegari
Componenti ottici inteferenziali: sommario
Coatings ottici: cosa sono e come funzionano
Applicazioni in vari settori
Optical coatings can be found in nearly every technical device, from
ophthalmic glasses, to mass products such as cameras, binoculars or
discplayers, up to high-end products including complex optical
systems for fundamental research, information and laser technology.
For the year 2002, the global turnover of optical coatings was
estimated to be 6.1 Billion Euro, increasing with an average annual
growth rate of up to 10% during the last years. Europe is the second
largest 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 Collaborazioni
Laboratori ENEA
Componenti ottici interferenziali
• trattamenti a film sottili
strati con spessori nella scala dei nanometri
principio fisico: interferenza della radiazione elettromagnetica
Film (da 1 a oltre 100)
Substrato (es: vetro)
• funzione
modifica delle proprietà di un componente di base
Trattamento
antiriflettente
su vetro
(4 strati)
Reflectance (%)
10
AR coating
glass
8
6
4
2
0
400
450
500
550
600
wavelength (nm)
650
700
Componenti ottici a film sottile
• Applicazioni in ottica
filtri per la separazione di lunghezze d’onda
¾ illuminazione, telecomunicazioni, spazio
ottiche per laser
¾ specchi, beam splitters, filtri
smart windows, architectural coatings
protezione opere d’arte
……
In ogni applicazione c’è l’esigenza di utilizzare componenti
ottici con prestazioni sempre più avanzate
FILTRI INTERFERENZIALI
I filtri dicroici sono tipicamente rappresentati
da una delle seguenti configurazioni
low band pass
high band pass
band-pass
multi band pass
CONTROLLO DELLA LUCE
FILTRI CROMATICI
I filtri cromatici permettono di ottenere fasci di luce colorati.
I filtri interferenziali, rispetto a quelli in pasta, conservano
più a lungo le loro proprietà
CONTROLLO DELLA LUCE
FILTRI CORRETTIVI
Sunset
Sun
Polar
Filtri in trasmissione a banda stretta (1)
>100
strati
~20
strati
Filtri DWDM “Dense Wavelength Division Multiplexing” per
telecomunicazioni in fibra
separazione di lunghezze d’onda nello spettro 1528-1561 nm (C-band) e
1561-1620 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) della
superificie del rivelatore (CCD)
80
70
Transmittance, %
60
50
40
30
20
10
0
300
400
500
600
700
Wavelength, nm
800
900
1000
1100
Filtri in trasmissione a banda stretta (2)
>100
strati
Filtri in trasmissione nell’ultravioletto per la misura della
radiazione solare al suolo (incrementata dalla presenza del
buco dell’ozono) in Antartide
separazione di lunghezze d’onda nello spettro 280-380 nm
(0.5 ÷ 0.8 nm half-bandwidth)
310 nm
315
325
340
365
380
50
Transmittance, %
40
Layout of the solar radiometer
30
20
10
0
300
400
500
600
Wavelength, nm
700
800
Ottiche per laser (1)
Specchi per cavità laser
10-20
strati
Multilayer cross section
(UV-NIR)
Elevata riflessione (materiali dielettrici su vetro/quarzo)
Riflessione variabile sulla superficie del componente
R ef le ct an
ce
1 .0
substrate
0 .5
4
-4
-2
-2
0
-4
2
4
0.5
10
5
0.0
-10
X Ax
is
5
10
-10
Ax
-5
0
is
0
-5
Y
Re flec tan ce
X A
x is
Ax
0
0 .0
Y
1.0
is
2
Ottiche per laser (2)
>100
strati
Boron
carbide
barrier
layers
Specchi per laser per microlitografia EUV
Elevata riflessione a 13.5 nm, larghezza di banda > 0.3 nm
Problemi: ossidazione della superficie, interdiffusione tra Mo e Si
Capping layer
Si layer
Mo layer
substrate
[Si(4.37nm)/B4C(0.4nm)/Mo(2.25nm)/B4C(0.25nm)]50
+Si(4.2nm)
.
.
Risultati sperimentali al Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)
Ottiche per laser (3)
Filtri per laser a stato solido
~20
strati
Elevata riflessione in una banda di lunghezze d’onda UV
(emissione)
Elevata trasmissione in una banda adiacente (pompaggio)
100
a. u.
0.8
0.6
Fluorescence
3+
Ce :LiCAF
Absorption
0.4
0.2
reflectance (%)
1
266 nm
248 nm
0
180
230
280
wavelength (nm)
330
380
80
60
40
20
0
250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350
wavelength (nm)
Coatings per la protezione delle opere d’arte
Trasmissione nulla al di fuori dello spettro visibile (UV e NIR)
per evitare il danneggiamento
Riflessione nulla nel visibile (410-680 nm) senza alterazione del
colore per migliorare la visione
two-layer coating (ITO/SIO2) on glass
CIE color diagram (D65) for T and R
Transmittance/reflectance (%)
y
R
T
Wavelength (nm)
x
L’ossido di indio e stagno (ITO) è interessante per varie applicazioni: flat panel displays, solar
cells, touch screens, architectural coatings, smart windows, electromagnetic shielding, ecc.
Progetti in corso e collaborazioni
2001
2004
2003
2006
2003
2006
2002
2004
2003
2004
2004
2009
Componenti ottici per laser a elettroni liberi nell’ultravioletto 150200nm (progetto Unione Europea) Partners: 10 istituti europei
Filtri dicroici per laser a stato solido nell’ultravioletto (MIUR e CNR)
Partners: IFAC-CNR, Università di Pisa
Specchi nell’estremo ultravioletto (EUV – 13.5 nm) per laser per
microlitografia (MIUR) Partners:EL.EN, Università Padova e l’Aquila
Fitri in trasmissione a banda stretta spazialmente variabili (progetto
ESA-Agenzia Spaziale Europea) Partners: Galileo Avionica
Trattamenti ottici per la protezione e la fruizione delle opere d’arte
(progetto Cassa di Risparmio di Firenze) Partners: Istituto Nazionale
di Ottica Applicata, Industrie, Musei
Network of Excellence UE-NMP “High Quality Optical Coatings”
……
Servizi tecnologici e consulenze su richieste esterne
Network of Excellence : High Quality Optical Coatings
(Nanotechnology and nanosciences, knowledge-based multifunctional
materials, 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 attive
all’interno di vari
progetti da oltre 10 anni
Committenti tipici:
Unione Europea,
Agenzia Spaziale
Europea
Componenti Ottici: strategie di ricerca
Presentazione di progetti/selezione delle richieste
coerentemente con il Piano Annuale
Progettazione del componente ottico/analisi dei
materiali da utilizzare
Ottimizzazione delle proprietà ottiche dei
materiali/messa a punto del processo tecnologico di
realizzazione
Caratterizzazione ottica e funzionale nelle fasi
intermedie di produzione e test finali
Gruppo Componenti Ottici
Esperienza nel settore: circa 20 anni
Strumentazione: impianti per la realizzazione di
componenti ottici e apparati di misura (clean room)
Collaborazioni internazionali: laboratori europei
(Fraunhofer Istitute, CEA, ecc.)
Presenza in vari comitati organizzativi
Pubblicazioni: circa 20 articoli all’anno, contributi a
libri, atti di convegni
Personale staff : 10
extra-staff : 4-5
Impianti deposizione coatings
Strumenti per misure ottiche
