增透膜

增透膜(Anti-Reflective coating, AR)是一種表面光學鍍層，它通過減少反射光來增加光在表面的透過率。增透膜利用光的干涉原理，使膜的前表面與後表面反射的光發生干涉來作用。

基本介紹

• 中文名：增透膜
• 光：具有波粒二象性
• 人物：愛因斯坦/劉易斯
• 命名為：光量子/光子

增透膜的原理簡單闡釋

光具有波粒二象性，即從微觀上既可以把它理解成一種波、又可以把它理解成一束高速運動的粒子（注意，此處請勿把它理解成一種簡單的波和一種簡單的粒子。它們都是微觀上來講的，愛因斯坦通過研究，命名為光量子。1924年，劉易斯（G.N.Lewis）定名“光子”。 紅光波的波長=0.750μm，紫光波長=0.400μm。 而一個光子的質量是 6.63E-34kg。 如此看來他們都遠遠不是我們所想像的巨觀波和粒子。)討論增透膜原理時把光當成一種波來考慮，光波和機械波一樣也具有干涉的性質。

在鏡頭前面塗上一層增透膜(一般是"氟化鈣",不溶於水),向它照射一束紅光，如果膜的厚度等於這束紅光（注意：這裡說的是紅光）在增透膜中波長的四分之一時,那么在這層膜的兩側反射回去的紅光就會發生干涉,從而相互抵消,你在鏡頭前將看不到一點反光,因為根據能量守恆，這束紅光已經全部穿過鏡頭了.

為什麼我們從來沒有看到沒有反光的鏡頭? 原因很簡單，因為可見光有“紅、綠、藍”三種顏色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顧到一種顏色的光讓它完全進入鏡頭，一般情況下都是讓綠光全部進入的，這種情況下，你在可見光中看到的鏡頭反光其顏色就是藍紫色，因為這反射光中已經沒有了綠光。膜的厚度也可以根據鏡頭的色彩特性來決定。

透鏡增透膜

可見增透膜的作用是減少反射光的強度，從而增加透射光的強度，使光學系統成像更清晰。

定義

增透膜

在光學元件中，由於元件表面的反射作用而使光能損失，為了減少元件表面的反射損失，常在光學元件表面鍍層透明介質薄膜,這種薄膜就叫增透膜。可以分別從能量守恆的角度對增透膜增加透射的原理給予定性分析；根據菲涅爾公式和折射定律對增透膜增加透射的原理給予定量解釋；利用電動力學的電磁理論對增透膜增加透射的原理給予理論解釋。

關於增透膜

在日常生活中，人們對光學增透膜的理解，存在著一些模糊的觀念。這些模糊的觀念不僅在高中生中有，而且在大學生中也是存在的。例如，有不少人認為入射光從增透膜的上、下表面反射後形成兩列反射光，因為光是以波的形式傳播的，這兩列反射光干涉相消，使整個反射光減弱或消失，從而使透射光增強，透射率增大。然而他們無法理解：反射回來的兩列光不管是干涉相消還是干涉相長，反射光肯定是沒有透射過去，因增加了一個反射面，反射回來的光應該是多了，透射過去的光應該是少了，這樣的話，應當說增透膜不僅不能增透，而且要進一步減弱光的透射，怎么是增強透射呢？也有人對增透膜的屬性和技術含量不甚了解，對它進行清潔時造成許多不必要的損壞。隨著人類科學技術的飛速發展，增透膜的套用越來越廣泛。因此，利用光學及其他物理學知識對增透膜原理給以全面深入的解釋，同時對增透膜的研究和套用現狀作一介紹。讓人們對增透膜有一個全面深入的了解，進而排除在套用時的無知感和迷惑感。

增透原理

定性分析

光學儀器中，光學元件表面的反射，不僅影響光學元件的通光能量；而且這些反射光還會在儀器中形成雜散光，影響光學儀器的成像質量。為了解決這些問題，通常在光學元件的表面鍍上一定厚度的單層或多層膜，目的是為了減小元件表面的反射光，這樣的膜叫光學增透膜（或減反膜）。

這裡我們首先從能量守恆的角度對光學增透膜的增透原理給予分析。一般情況下，當光入射在給定的材料的光學元件的表面時，所產生的反射光與透射光能量確定，在不考慮吸收、散射等其他因素時，反射光與透射光的總能量等於入射光的能量。即滿足能量守恆定律。當光學元件表面鍍膜後，在不考慮膜的吸收及散射等其他因素時，反射光和透射光與入射光仍滿足能量守恆定律。而所鍍膜的作用是使反射光與透射光的能量重新分配。對增透膜而言，分配的結果使反射光的能量減小，透射光的能量增大。由此可見，增透膜的作用使得光學元件表面反射光與透射光的能量重新分配，分配的結果是透射光能量增大，反射光能量減小。光就有這樣的特性：通過改變反射區的光強可以改變透射區的光強。

電磁場理論解釋

根據電磁場理論，電磁波在三層理想介質傳播的過程中，第一層界面的反射係數r1與媒質2中的場阻抗Z有關。如果選擇合適的第二層媒質的寬度d，使Z與第一層媒質的波阻抗η1相等時，有第一層界面的反射係數r1=0。於是從電磁場傳播時滿足的邊界條件說明了如何增反或者增透。

研製和套用

增透膜材料

光學增透膜的研製，不僅要考慮它的透射率，而且還要考慮它的硬度，耐熱、耐寒性，與玻璃等光體的接合力度，耐光照射性，吸熱強度等因素，能滿足這么多條件的材料可想而知是很困難的。根據適合不同的需求，人們發現、常用的材料有氟化鎂、氧化鈦、硫化鉛、硒化鉛以及陶瓷紅外光紅外增透膜、乙烯基倍半矽氧烷雜化膜等。由於一般光學介質都是玻璃，並在空氣中使用，那增透膜的折射率應接近1.23。現實中折射率小於氟化鎂（折射率為1.38）的鍍膜材料很少見，而且像氟化鎂那樣很好的滿足各種條件的材料更是稀少。因此，一般都用氟化鎂鍍制增透膜。雖然金剛石是迄今為止自然界中性能最優良的材料，但是存在工藝條件過於苛刻和成本高的問題。大規模的使用金剛石薄膜的條件還不具備。通過人們對增透膜的不斷發展和研究，相信會有比金剛石更為合適的材料被我們所發現利用，或者金剛石被大規模的使用。

氟化鎂

鍍膜技術

隨著增透膜的不斷開發和研究，光學增透膜的鍍膜技術也在不斷的發展。光學增透膜的厚度要控制在可見光波長1/4波長的數量級上，增透膜的均勻度的要求也非常的苛刻。儘管如此,在人們的不懈探索中，還是掌握了不少行之有效、先進的鍍膜技術。常用的鍍膜方法有真空蒸鍍、化學氣相沉積、溶膠—凝膠鍍膜等方法。三者相比較，溶膠—凝膠鍍膜設備簡單、能在常溫常壓下操作、膜層均勻性高、微觀結構可控，適於不同形狀、尺寸的基片、能通過控制配方、製備工藝得到高雷射破壞閾值的光學薄膜，已成為高功率雷射薄膜的最具競爭力的製備方法之一。

常用的薄膜,並沒有使透射光的光強達到最大，也就是說沒有使反射光達到最弱。主要是要增透的光往往不是單色的，而是有一定的頻寬，而對於一個增透膜只對某一波長的單色光有完全增透的作用。因此可以通過多層鍍膜技術來改善增透效果，同時也增加了透射光的線寬，也就是頻寬。隨著人們對增透膜的套用和發展，有人構想為細小的光纖進行鍍膜，由此可見這需要多么精密的鍍膜技術。

套用

增透膜增加透射光強度的實質是作為電磁波的光波在傳播的過程中，在不同介質的分界面上，由於邊界條件的不同，改變了其能量的分布。對於單層薄膜來說，當增透膜兩邊介質不同時，薄膜厚度為1/4波長的奇數倍且薄膜的折射率n=（n1*n2)^(1/2)時（分別是介質1、2的折射率），才可以使入射光全部透過介質。一般光學透鏡都是在空氣中使用，對於一般折射率在1.5左右的光學玻璃，為使單層膜達到100%的增透效果，可使n1=1.23，或接近1.23；還要使增透薄膜的厚度=（2k+1)倍四分之一個波長。單層膜只對某一特定波長的電磁波增透，為使在更大範圍內和更多波長實現增透，人們利用鍍多層膜來實現。人們對增透膜的利用有了很多的經驗，發現了不少可以作為增透膜的材料；同時也掌握了不少先進的鍍膜技術，因此增透膜的套用涉及醫學、軍事、太空探索等各行各業，為人類科技進步作出了重大貢獻。