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(jì)以外，有一項(xiàng)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(dá)到某種特定的光學(xué)效果。我們所常見(jiàn)的太陽(yáng)眼鏡，抗反射鏡片就是一個(gè)光學(xué)薄膜在日常生活上較簡(jiǎn)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(xiàng)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(jiàn)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(jiàn)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(hù)膜。

非金屬膜:用途非常廣，例如抗反射鏡片．單一波長(zhǎng)濾光片、長(zhǎng)或短波長(zhǎng)通過(guò)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?cè)谘心ズ弥R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(jì)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(jī)鏡頭、顯微鏡等等都是在鏡片上鍍抗反射膜。因?yàn)槿羰遣患右钥狗瓷錈o(wú)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(gè)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(zhǎng)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(gè)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(diǎn)：低反射率的波帶不移寬，不能在可見(jiàn)光范圍都達(dá)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(zhǎng)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(duì)其一波長(zhǎng)如氨氟雷射632.8nm波長(zhǎng)，要求極高的透射，可使63Z.8nm這一波長(zhǎng)透射率高達(dá)99.8%以上，用之于雷射儀器。但若需要對(duì)某一波長(zhǎng)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(dá)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(jià)普通的方式為熱電阻式，是將蒸鍍材料在真空蒸鍍機(jī)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(diǎn)的材料，不易使用此種方式使之熔化、蒸鍍。而以電子槍改進(jìn)此缺點(diǎn)，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(diǎn)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(guò)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(diǎn)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(shí)際應(yīng)用的薄膜要比理想薄膜複雜得多。這是因?yàn)椋褐苽鋾r(shí)，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(kuò)散介面；由于膜層的生長(zhǎng)、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(shí)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(hù)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(lái)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(lái)進(jìn)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(hù)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(qiáng)度或穩(wěn)定性，改進(jìn)光學(xué)性質(zhì)。常見(jiàn)的是金屬鏡面的保護(hù)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(lái)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(jià)有發(fā)展前景的通訊、顯示和儲(chǔ)存三大類產(chǎn)品都離不開(kāi)光學(xué)薄膜，如投影機(jī)、背投影電視機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、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(lái)越多地滲透到從空間探測(cè)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(duì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和全球經(jīng)濟(jì)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(gè)分支——薄膜光學(xué)。光學(xué)薄膜技術(shù)水平已成為衡量一個(gè)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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