半透鏡光學(xué)薄膜概論

光學(xué)工業(yè)除了鏡片的研磨，系統(tǒng)之設(shè)計以外，有一項科技是發(fā)展高階光學(xué)儀器所不可缺的，就是半透鏡光學(xué)薄膜的蒸鍍技術(shù)。何謂光學(xué)薄膜，就是在鏡片上鑲上一層或多層非常薄的特殊材料，使鏡片能達到某種特定的光學(xué)效果。我們所常見的太陽眼鏡，抗反射鏡片就是一個光學(xué)薄膜在日常生活上較簡單的應(yīng)用 。其他如各種反射鏡、濾光鏡、各式鏡頭及雷射鏡片，都要用到光學(xué)薄膜這一項技術(shù)。

光學(xué)薄膜的基本原理是利用光線的干涉效應(yīng)，當(dāng)光線入射于不同折射係數(shù)物質(zhì)所鍍成的薄膜，產(chǎn)生某種特殊光學(xué)特性。光學(xué)薄膜就其所鍍材料之不同，大體可分為金屬膜和非金屬膜。

金屬膜：主要是作為反射鏡和半反射鏡用。在各種平面或曲面反射鏡，或各式稜鏡等，都可依所需鍍上Al、Ag、Au、Cu等 各種不同的材料。不同的材料在光譜上有不同的特性。Al的反射率在紫外光、可見光、近紅外光有良好的反射率，是鍍反射鏡常使用的材料之一。Ag膜在可見光和近紅外光部份的反射率比AI膜更高，但因其易氧化而失去光澤，只能短暫的維持高反射率，所以只能用在內(nèi)層反射用，或另加保護膜。

非金屬膜:用途非常廣，例如抗反射鏡片．單一波長濾光片、長或短波長通過濾光片、熱光鏡、冷光鏡、各種雷射鏡片等，都是利用多種不同的非金屬材料，蒸鍍在研磨好之鏡杯上，層數(shù)由單層到數(shù)十、百層不等，視需要的不同，而有不同的設(shè)計和方法。目前這些薄膜中被應(yīng)用得廣，商業(yè)化，也是一般人接觸到較多的，就是抗反射膜。例如眼鏡、照相機鏡頭、顯微鏡等等都是在鏡片上鍍抗反射膜。因為若是不加以抗反射無法得到清晰明亮的影像了，因此如何增加其透射光線就是一個非常重要的課題。

利用光波干涉原理，在鏡片的表面鍍上一層薄膜，厚度為1/4 波長的光學(xué)厚度，使光線不再只被玻璃—空氣介面反射，而是空氣—薄膜、薄膜—玻璃二個介面反射，因此產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，可使反射光減少。若鍍二層的抗反射膜，使反射率更低，但是鍍一層或二層都有缺點：低反射率的波帶不移寬，不能在可見光范圍都達到低反射率。1961年Cox、Hass和 Thelen三位首先發(fā)表以1/4一1/2一1/4波長光學(xué)厚度作三層抗反射膜可以得到寬波帶低反射率的抗反射膜。多層抗反射膜除了寬波帶的，也可做到窄波帶的。也就是針對其一波長如氨氟雷射632.8nm波長，要求極高的透射，可使63Z.8nm這一波長透射率高達99.8%以上，用之于雷射儀器。但若需要對某一波長的光線有看極高的反射率需要用高低不同折射係數(shù)的材料反覆蒸鍍數(shù)十層才可達到此效果。

光學(xué)薄膜的制造是以真空蒸鍍方式制作，大體可分為三種方式：熱電阻式、電子槍式和濺射方式。比價普通的方式為熱電阻式，是將蒸鍍材料在真空蒸鍍機內(nèi)建于電阻絲或片上，在高真空的情況下，加熱使材料成為蒸氣，直接鍍于鏡片上。由于有許多高熔點的材料，不易使用此種方式使之熔化、蒸鍍。而以電子槍改進此缺點，其方法是以高能電子束直接打擊材料，由于能量集中可以蒸鍍高熔點的材料。另一方式為濺射方式，是以高能使惰性氣體離子化，打擊材料使之直接濺射至鏡片，以此方式所作薄漠的附著力比較好。

光學(xué)薄膜 optical coating

由薄的分層介質(zhì)構(gòu)成的，通過介面?zhèn)鞑ス馐囊活惞鈱W(xué)介質(zhì)材料。光學(xué)薄膜的應(yīng)用始于20世紀(jì)30年代?，F(xiàn)代，光學(xué)薄膜已普遍用于光學(xué)和光電子技術(shù)領(lǐng)域，制造各種光學(xué)儀器。

光學(xué)薄膜的特點是：表面光滑，膜層之間的介面呈幾何分割；膜層的折射率在介面上可以發(fā)生躍變，但在膜層內(nèi)是連續(xù)的；可以是透明介質(zhì)，也可以是吸收介質(zhì)；可以是法向均勻的，也可以是法向不均勻的。實際應(yīng)用的薄膜要比理想薄膜複雜得多。這是因為：制備時，薄膜的光學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)偏離大塊材料，其表面和介面是粗糙的，從而導(dǎo)致光束的漫散射；膜層之間的相互滲透形成擴散介面；由于膜層的生長、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力等原因，形成了薄膜的各向異性；膜層具有複雜的時間效應(yīng)。

光學(xué)薄膜按應(yīng)用分為反射膜、增透膜、濾光膜、光學(xué)保護膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常用的是前4種。光學(xué)反射膜用以增加鏡面反射率，常用來制作反光、折光和共振腔器件。光學(xué)增透膜沉積在光學(xué)元件表面，用以減少表面反射，增加光學(xué)系統(tǒng)透射，又稱減反射膜。光學(xué)濾光膜用來進行光譜或其他光性分割，其種類多，結(jié)構(gòu)複雜。光學(xué)保護膜沉積在金屬或其他軟性易侵蝕材料或薄膜表面，用以增加其強度或穩(wěn)定性，改進光學(xué)性質(zhì)。常見的是金屬鏡面的保護膜。

半透鏡光學(xué)薄膜

光學(xué)薄膜泛指在光學(xué)器件或光電子元器件表面用物理化學(xué)等方法沉積的、利用光的干涉現(xiàn)象以改變其光學(xué)特性來產(chǎn)生增透、反射、分光、分色、帶通或截止等光學(xué)現(xiàn)象的各類膜系。它可分為增透膜、高反膜、濾光膜、分光膜、偏振與消偏振膜等。光電資訊產(chǎn)業(yè)中比價有發(fā)展前景的通訊、顯示和儲存三大類產(chǎn)品都離不開光學(xué)薄膜，如投影機、背投影電視機、數(shù)碼照相機、攝像機、DVD，以及光通訊中的DWDM、GFF濾光片等，光學(xué)薄膜的效能在很大程度上決定了這些產(chǎn)品的效能。光學(xué)薄膜正在突破傳統(tǒng)的范疇，越來越多地滲透到從空間探測器、積體電路、晶片、鐳射器件、液晶顯示到整合光學(xué)等各學(xué)科領(lǐng)域中，對科學(xué)技術(shù)的進步和全球經(jīng)濟的發(fā)展都起著重要的作用，研究光學(xué)薄膜物理特性及其技術(shù)已構(gòu)成現(xiàn)代科技的一個分支——薄膜光學(xué)。光學(xué)薄膜技術(shù)水平已成為衡量一個地區(qū)光電資訊等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展水平的關(guān)鍵技術(shù)之一。

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