光學(xué)鍍膜簡介

光學(xué)鍍膜簡介

光學(xué)鍍膜由薄膜層組合而成，它會產(chǎn)生干涉效應(yīng)來改變光學(xué)系統(tǒng)的透射或反射性能。光學(xué)鍍膜的性能取決于層數(shù)、每層的厚度和不同層之間的折射率。精密光學(xué)中常見鍍膜類型有：增透膜(AR)、高反射（鏡）膜、分光鏡膜和濾光片膜（短波通，長波通，陷波等）。增透膜適用于大多數(shù)折射光學(xué)件，可以增大光通量并減少不必要的反射。高反射膜可以在單個波長或某段波長范圍內(nèi)提供大反射，多用于反射鏡。分光鏡膜用于將入射光分為透射光和反射光輸出。濾光片鍍膜適用于大量生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用，能夠以特定波長透射、反射、吸收或衰減光。愛特蒙特光學(xué)還可以提供各種定制鍍膜，滿足您的應(yīng)用需求。

光學(xué)鍍膜通常適用于特定的入射角和特定的偏振光，例如S偏振，P偏振或隨機偏振。如果射入鍍膜的光線角度與其設(shè)計入射角不同，將導(dǎo)致性能顯著降低，如果入射角度與設(shè)計入射角偏差非常大，可能會導(dǎo)致鍍膜功能*喪失。 類似地，使用與設(shè)計偏振光不同的偏振光會產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。

光學(xué)鍍膜由沉積電介質(zhì)和金屬材料制作而成，如交替薄膜層中的五氧化二鉭（Ta2O5）和/或氧化鋁（Al2O3）。為使應(yīng)用中的干涉達(dá)到大或小，鍍膜通常具有四分之一波長光學(xué)厚度(QWOT)或半波光學(xué)厚度(HWOT)。這些薄膜由高折射率和低折射率層交替制成，從而誘發(fā)干涉效應(yīng)。請參閱圖1，寬帶增透膜設(shè)計示例。

圖1：在三層BBAR鍍膜設(shè)計中，選擇合適的四分之一波長厚度和半波厚度的鍍膜，可以增加透射率，降低反射損失

鍍膜理論

鍍膜控制穿過光學(xué)干涉機制的反射光和透射光。當(dāng)兩個光束沿著同步路徑傳輸及其相位匹配時，波峰值的空間位置也匹配并將結(jié)合創(chuàng)建較大的總振幅。當(dāng)光束為反相位（180°位移）時，其疊加會導(dǎo)致在所有峰值的消減效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)合的振幅降低。這些效應(yīng)被分別稱為建設(shè)性和破壞性的干涉。

下列方程式1 - 4所示說明多層薄膜結(jié)構(gòu)總反射率的關(guān)系。

q層數(shù)

δ相位項

η層的光學(xué)導(dǎo)納

Np復(fù)雜的折射率

tp層的物理厚度

λ波長

θp入射角

Y堆疊的光學(xué)導(dǎo)納

R堆疊的反射率

光的波長和入射角通常是的，折射率和層厚度則可以有所不同以優(yōu)化性能。上述的任何更改將會影響鍍膜內(nèi)光線的路徑長度，并將在光透射時改變相位值。這種效應(yīng)可簡單地通過單層增透膜例子說明。當(dāng)光傳輸穿過系統(tǒng)時，在鍍膜任一側(cè)的兩個接口指數(shù)更改處將出現(xiàn)反射。為了使反射小化，當(dāng)兩個反射部分在*界面處結(jié)合時，我們希望它們之間具有180°相位差。這個相位差異直接對應(yīng)于aλ/2位移的正弦波，它可通過將層的光學(xué)厚度設(shè)置為λ/4獲得佳實現(xiàn)。請參閱說明此概念的圖2。

圖2： 個反射光束之間具有180°相位差，形成相消干涉，因此不會產(chǎn)生反射光束

折射率不僅影響光路長度（以及相位），也影響每個界面的反射特性。反射率通過菲涅爾公式（方程式5）定義，其反射率與界面兩邊材料的折射率之差息息相關(guān)。

必須考慮到的后一個參數(shù)是膜層的入射角。如果光的入射角改變，則每層的內(nèi)角和光程長度都將受到影響; 這將影響反射光束的相位變化量。使用非一般入射時，S偏振光和P偏振光將從每個界面互相反射，這將導(dǎo)致兩個偏振光具有不同的光學(xué)性能。偏振分光計就是基于這一原理設(shè)計的。

鍍膜技術(shù)

蒸發(fā)沉積

在蒸發(fā)沉積時，真空室中的源材料受到加熱或電子束轟擊而蒸發(fā)。蒸氣冷凝在光學(xué)表面上。在蒸發(fā)期間，通過控制加熱，真空壓力，基板定位和旋轉(zhuǎn)可以制造出具有特定厚度的均勻光學(xué)鍍膜。 蒸發(fā)具有相對溫和的性質(zhì)，會使鍍膜變得松散或多孔。 這種松散的鍍膜具有吸水性，改變了膜層的有效折射率，將導(dǎo)致性能降低。通過離子束輔助沉積技術(shù)可以增強蒸發(fā)鍍膜，在該過程中，離子束會對準(zhǔn)基片表面。這增加了源材料相對光學(xué)表面的粘附性，產(chǎn)生更多應(yīng)力，使得鍍膜更致密，更耐久。

離子束濺射（IBS）

在離子束濺射（IBS）時，高能電場可以加速離子束。 這種加速度使得離子具有顯著的動能。在與源材料撞擊時，離子束會將靶材的原子“濺射”出來。 這些被濺射出來的靶材離子（原子受電離區(qū)影響變?yōu)殡x子）也具有動能，會在與光學(xué)表面接觸時產(chǎn)生致密的膜。 IBS是一種的，重復(fù)性強的技術(shù)。

圖3：在離子輔助電子束沉積過程中，用離子槍瞄準(zhǔn)光學(xué)表面可以增加鍍膜的粘附力和密度

等離子體濺射

等離子體濺射是一系列技術(shù)的總稱，例如等離子體濺射和磁控管濺射。不管是哪種技術(shù)，都包括等離子體的產(chǎn)生。等離子體中的離子經(jīng)加速射入源材料中，撞擊松散的能量源離子，然后濺射到目標(biāo)光學(xué)元件上。 雖然不同類型的等離子體濺射具有其*的性質(zhì)和優(yōu)缺點，不過我們可以將這些技術(shù)集合在一起，因為它們具有共同的工作原理，它們之間的差異，相比這種鍍膜技術(shù)與本文中涉及的其他鍍膜技術(shù)之間的差異小得多。

原子層沉積

與蒸發(fā)沉積不同，用于原子層沉積（ALD）的源材料不需要從固體中蒸發(fā)出來，而是直接以氣體的形式存在。 盡管該技術(shù)使用的是氣體，真空室中仍然需要很高的溫度。 在ALD過程中，氣相前驅(qū)體通過非重疊式的脈沖進(jìn)行傳遞，且脈沖具有自限制性。 這種工藝擁有*的化學(xué)性設(shè)計，每個脈沖只粘附一層，并且對光學(xué)件表面的幾何形狀沒有特殊要求。 因此這種工藝使得我們可以高度的對鍍層厚度和設(shè)計進(jìn)行控制，但是會降低沉積的速率。

亞波長結(jié)構(gòu)化表面

小于光波長的表面結(jié)構(gòu)已成為光學(xué)界的一門研究課題，其靈感來自于飛蛾眼睛上的紋理圖案。表面紋理化仍然是一種發(fā)展中的技術(shù)，與傳統(tǒng)的薄膜鍍膜交替沉積高折射率材料和低折射率材料不同的是，它需要改變基片表面的結(jié)構(gòu)。 紋理表面上的特征可以是隨機的或周期性的，猶如飛蛾眼睛的圖案。 對于亞波長結(jié)構(gòu)化表面的制造，如果想要周期性的圖案，我們可以采用光刻法，如果想要隨機的圖案，我們可以采用改進(jìn)的等離子體蝕刻。

鍍膜工藝

光學(xué)鍍膜所涉及的制造工藝是勞動和資本密集型的，并且十分耗時。 影響鍍膜成本的因素包括被鍍膜的光學(xué)件的數(shù)量，類型，尺寸，需要鍍多少層膜以及光學(xué)件上需要鍍膜的表面數(shù)量。鍍膜采用的沉積工藝對鍍膜成本以及鍍膜性能方面的影響也十分巨大。此外，在這之前還需要做大量的準(zhǔn)備工作，以確保每個鍍膜光學(xué)件的質(zhì)量都能達(dá)到高水平。

在鍍膜之前，清潔和準(zhǔn)備光學(xué)件是非常重要的。 光學(xué)元件必須具有適合鍍膜粘附的清潔表面。一旦鍍上膜，基片上未預(yù)先除去的污漬就很難被去除了。愛特蒙特光學(xué)®會進(jìn)行一絲不茍的清潔，從而確保終產(chǎn)品擁有始終如一的高質(zhì)量。

不同的鍍膜沉積技術(shù)，具有各自的優(yōu)缺點。愛特蒙特光學(xué)®可以采用不同的鍍膜沉積技術(shù)為您服務(wù)。 請，告訴我們哪種鍍膜技術(shù)適合您的應(yīng)用。