光學(xué)鍍膜簡(jiǎn)介

光學(xué)鍍膜簡(jiǎn)介

光學(xué)鍍膜由薄膜層組合而成，它會(huì)產(chǎn)生干涉效應(yīng)來(lái)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(jiàn)鍍膜類(lèi)型有：增透膜(AR)、高反射（鏡）膜、分光鏡膜和濾光片膜（短波通，長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)或某段波長(zhǎng)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(zhǎng)透射、反射、吸收或衰減光。愛(ài)特蒙特光學(xué)還可以提供各種定制鍍膜，滿(mǎn)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(jī)偏振。如果射入鍍膜的光線角度與其設(shè)計(jì)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(jì)入射角偏差非常大，可能會(huì)導(dǎo)致鍍膜功能*喪失。 類(lèi)似地，使用與設(shè)計(jì)偏振光不同的偏振光會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)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(zhǎng)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(qǐng)參閱圖1，寬帶增透膜設(shè)計(jì)示例。

圖1：在三層BBAR鍍膜設(shè)計(jì)中，選擇合適的四分之一波長(zhǎng)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(guò)光學(xué)干涉機(jī)制的反射光和透射光。當(dāng)兩個(gè)光束沿著同步路徑傳輸及其相位匹配時(shí)，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(shí)，其疊加會(huì)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(chēng)為建設(shè)性和破壞性的干涉。

下列方程式1 - 4所示說(shuō)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(xiàng)

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(zhǎng)

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(zhǎng)和入射角通常是的，折射率和層厚度則可以有所不同以?xún)?yōu)化性能。上述的任何更改將會(huì)影響鍍膜內(nèi)光線的路徑長(zhǎng)度，并將在光透射時(shí)改變相位值。這種效應(yīng)可簡(jiǎn)單地通過(guò)單層增透膜例子說(shuō)明。當(dāng)光傳輸穿過(guò)系統(tǒng)時(shí)，在鍍膜任一側(cè)的兩個(gè)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(gè)反射部分在*界面處結(jié)合時(shí)，我們希望它們之間具有180°相位差。這個(gè)相位差異直接對(duì)應(yīng)于aλ/2位移的正弦波，它可通過(guò)將層的光學(xué)厚度設(shè)置為λ/4獲得佳實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)參閱說(shuō)明此概念的圖2。

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

折射率不僅影響光路長(zhǎng)度（以及相位），也影響每個(gè)界面的反射特性。反射率通過(guò)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(gè)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(zhǎng)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(shí)，S偏振光和P偏振光將從每個(gè)界面互相反射，這將導(dǎo)致兩個(gè)偏振光具有不同的光學(xué)性能。偏振分光計(jì)就是基于這一原理設(shè)計(jì)的。

鍍膜技術(shù)

蒸發(fā)沉積

在蒸發(fā)沉積時(shí)，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(guò)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(duì)溫和的性質(zhì)，會(huì)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(guò)離子束輔助沉積技術(shù)可以增強(qiáng)蒸發(fā)鍍膜，在該過(guò)程中，離子束會(huì)對(duì)準(zhǔn)基片表面。這增加了源材料相對(duì)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(shí)，高能電場(chǎng)可以加速離子束。 這種加速度使得離子具有顯著的動(dòng)能。在與源材料撞擊時(shí)，離子束會(huì)將靶材的原子“濺射”出來(lái)。 這些被濺射出來(lái)的靶材離子（原子受電離區(qū)影響變?yōu)殡x子）也具有動(dòng)能，會(huì)在與光學(xué)表面接觸時(shí)產(chǎn)生致密的膜。 IBS是一種的，重復(fù)性強(qiáng)的技術(shù)。

圖3：在離子輔助電子束沉積過(guò)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(chēng)，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(lèi)型的等離子體濺射具有其*的性質(zhì)和優(yōu)缺點(diǎn)，不過(guò)我們可以將這些技術(shù)集合在一起，因?yàn)樗鼈兙哂泄餐墓ぷ髟恚鼈冎g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(lái)，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(guò)程中，氣相前驅(qū)體通過(guò)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(jì)，每個(gè)脈沖只粘附一層，并且對(duì)光學(xué)件表面的幾何形狀沒(méi)有特殊要求。 因此這種工藝使得我們可以高度的對(duì)鍍層厚度和設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，但是會(huì)降低沉積的速率。

亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)化表面

小于光波長(zhǎng)的表面結(jié)構(gòu)已成為光學(xué)界的一門(mén)研究課題，其靈感來(lái)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(jī)的或周期性的，猶如飛蛾眼睛的圖案。 對(duì)于亞波長(zhǎng)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(jī)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(dòng)和資本密集型的，并且十分耗時(shí)。 影響鍍膜成本的因素包括被鍍膜的光學(xué)件的數(shù)量，類(lèi)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(duì)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(gè)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(ài)特蒙特光學(xué)®會(huì)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(diǎn)。愛(ài)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(qǐng)，告訴我們哪種鍍膜技術(shù)適合您的應(yīng)用。