光學薄膜概論

光學薄膜泛指在光學器件或光電子元器件表面用物理化學等方法沉積的、利用光的干涉現象以改變其光學特性來產生增透、反射、分光、分色、帶通或截止等光學現象的各類膜系。

基本介紹

• 中文名：光學薄膜概論
• 套用：製造各種光學儀器
• 分類：增透膜、高反膜、濾光膜、分光膜
• 開始套用時間：20世紀30年代

產品介紹

它可分為增透膜、高反膜、濾光膜、分光膜、偏振與消偏振膜等。光學薄膜的套用始於20世紀30年代。現代，光學薄膜已廣泛用於光學和光電子技術領域，製造各種光學儀器。

產品特點

表面光滑，膜層之間的界面呈幾何分割；膜層的折射率在界面上可以發生躍變，但在膜層內是連續的；可以是透明介質，也可以是吸收介質；可以是法向均勻的，也可以是法向不均勻的。

基本原理

1.利用光線的干涉效應，當光線入射於不同折射係數物質所鍍成的薄膜，產生某種特殊光學特性。

分類：光學薄膜就其所鍍材料之不同，大體可分為金屬膜和非金屬膜。

a.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。AI的反射率在紫外光、可見光、近紅外光有良好的反射率，是鍍反射鏡最常使用的材料之一。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，所以只能用在內層反射用，或另加保護膜。

b.非金屬膜：鋁是從紫外區到紅外區都具有很高反射率的唯一材料，同時鋁膜表面在大氣中能生成一層薄的氧化鋁(Al2O3)，所以膜層比較牢固、穩定。由於上述原因，鋁膜的套用非常廣泛。銀膜在可見光區和紅外區都有很高的反射率，而且在傾斜使用時引人的偏振效應也最小。但是蒸發的銀膜用作前表面鏡鍍層時卻因下列兩個原因受到嚴重限制:它與玻璃基片的豁附性很差;同時易受到硫化物的影響而失去光澤。曾試圖使用蒸發的一氧化矽或氟化鎂作為保護膜，但由於它們與銀的赫附性很差，沒有獲得成功。所以通常僅用於短期作用的場合或作為後表面鏡的鍍層。金膜在紅外區的反射率很高，它的強度和穩定性比銀膜好，所以常用它作為紅外反射鏡。金膜與玻璃基片的附著性較差，為此常用鉻膜作為襯底層。如果在金膜的澱積過程中，輔之以離子束轟擊，則可顯著提高金膜與基片的附著力。

2.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 波長的光學厚度，使光線不再只被玻璃—空氣界面反射，而是空氣—薄膜、薄膜—玻璃二個界面反射，因此產生干涉現象，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，不能在可見光範圍都達到低反射率。1961年Cox、Hass和 Thelen三位首先發表以1/4一1/2一1/4波長光學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，用之於雷射儀器。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的材料反覆蒸鍍數十層才可達到此效果。

製造方式

熱電阻式、電子槍式和濺射方式。最普通的方式為熱電阻式，是將蒸鍍材料在真空蒸鍍機內置於電阻絲或片上，在高真空的情況下，加熱使材料成為蒸氣，直接鍍於鏡片上。由於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，其方法是以高壓電子束直接打擊材料，由於能量集中可以蒸鍍高熔點的材料。另一方式為濺射方式，是以高壓使惰性氣體離子化，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最好

市場前景

光電信息產業中最有發展前景的通訊、顯示和存儲三大類產品都離不開光學薄膜，如投影機、背投影電視機、數位照相機、攝像機、DVD，以及光通訊中的DWDM、GFF濾光片等，光學薄膜的性能在很大程度上決定了這些產品的最終性能。光學薄膜正在突破傳統的範疇，越來越廣泛地滲透到從空間探測器、積體電路、生物晶片、雷射器件、液晶顯示到集成光學等各學科領域中，對科學技術的進步和全球經濟的發展都起著重要的作用，研究光學薄膜物理特性及其技術已構成現代科技的一個分支——薄膜光學。光學薄膜技術水平已成為衡量一個國家光電信息等高新技術產業科技發展水平的關鍵技術之一。