光学镀膜理论（一）

光学镀膜是指在光学零件表面上镀上一层(或多层)金属(或介质)薄膜的工艺过程。在光学零件表面镀膜的目的是为了达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。常用的镀膜法有真空镀膜(物理镀膜的一种)和化学镀膜。

光学镀膜类型

光学镀膜按照用途可以分为三个类型：

diyi种类型是抗反射镀膜，这种镀膜可以用来降低光学元件表面的一些不必要反射，从而增加光学元件的透光率，摄影镜头的镀膜就属于这个范畴;

第二种类型是高反射镀膜，它与抗反射镀膜的原理正好相反，是用来在物体的表面产生镜面效果，Z高可以反射99.99%以上的入射光;

第三种类型是透明导电镀膜，是一种既能导电又在可见光范围内具有高透明率的一种薄膜，透明导电薄膜主要用于光电器件(如LED，薄膜太阳能电池等)的窗口材料。

光学镀膜理论

镀膜控制穿过光学干涉机制的反射光和透射光。当两个光束沿着同步路径传输及其相位匹配时，波峰值的空间位置也匹配并将结合创建较大的总振幅。当光束为反相位(180°位移)时，其叠加会导致在所有峰值的消减效应，导致结合的振幅降低。这些效应被分别称为建设性和破坏性的干涉。

光的波长和入射角通常是指定的，折射率和层厚度则可以有所不同以优化性能。上述的任何更改将会影响镀膜内光线的路径长度，并将在光透射时改变相位值。这种效应可简单地通过单层增透膜例子说明。

当光传输穿过系统时，在镀膜任一侧的两个接口指数更改处将出现反射。为了使反射Z小化，当两个反射部分在diyi界面处结合时，我们希望它们之间具有180°相位差。这个相位差异直接对应于aλ/2位移的正弦波，它可通过将层的光学厚度设置为λ/4获得Z佳实现。

折射率不仅影响光路长度(以及相位)，也影响每个界面的反射特性。反射率通过菲涅尔公式定义，其反射率与界面两边材料的折射率之差息息相关。

必须考虑到的Z后一个参数是膜层的入射角。如果光的入射角改变，则每层的内角和光程长度都将受到影响;这将影响反射光束的相位变化量。使用非一般入射时，S偏振光和P偏振光将从每个界面互相反射，这将导致两个偏振光具有不同的光学性能。偏振分光计就是基于这一原理设计的。

光学镀膜技术

1、蒸发沉积

在蒸发沉积时，真空室中的源材料受到加热或电子束轰击而蒸发。蒸气冷凝在光学表面上。在蒸发期间，通过精确控制加热，真空压力，基板定位和旋转可以制造出具有特定厚度的均匀光学镀膜。

蒸发具有相对温和的性质，会使镀膜变得松散或多孔。这种松散的镀膜具有吸水性，改变了膜层的有效折射率，将导致性能降低。通过离子束辅助沉积技术可以增强蒸发镀膜，在该过程中，离子束会对准基片表面。这增加了源材料相对光学表面的粘附性，产生更多应力，使得镀膜更致密，更耐久。

2、离子束溅射(IBS)

在离子束溅射(IBS)时，高能电场可以加速离子束。这种加速度使得离子具有显着的动能。在与源材料撞击时，离子束会将靶材的原子“溅射”出来。

这些被溅射出来的靶材离子(原子受电离区影响变为离子)也具有动能，会在与光学表面接触时产生致密的膜。IBS是一种精确的，重复性强的技术。

3、等离子体溅射

等离子体溅射是一系列技术的总称，例如高级等离子体溅射和磁控管溅射。不管是哪种技术，都包括等离子体的产生。

等离子体中的离子经加速射入源材料中，撞击松散的能量源离子，然后溅射到目标光学元件上。虽然不同类型的等离子体溅射具有其独特的性质和优缺点，不过我们可以将这些技术集合在一起，因为它们具有共同的工作原理，它们之间的差异，相比这种镀膜技术与本文中涉及的其他镀膜技术之间的差异小得多。

4、原子层沉积

与蒸发沉积不同，用于原子层沉积(ALD)的源材料不需要从固体中蒸发出来，而是直接以气体的形式存在。尽管该技术使用的是气体，真空室中仍然需要很高的温度。

在ALD过程中，气相前驱体通过非重叠式的脉冲进行传递，且脉冲具有自限制性。这种工艺拥有独特的化学性设计，每个脉冲只粘附一层，并且对光学件表面的几何形状没有特殊要求。因此这种工艺使得我们可以高度的对镀层厚度和设计进行控制，但是会降低沉积的速率。

5、亚波长结构化表面

小于光波长的表面结构已成为光学界的一门研究课题，其灵感来自于飞蛾眼睛上的纹理图案。表面纹理化仍然是一种发展中的技术，与传统的薄膜镀膜交替沉积高折射率材料和低折射率材料不同的是，它需要改变基片表面的结构。

纹理表面上的特征可以是随机的或周期性的，犹如飞蛾眼睛的图案。对于亚波长结构化表面的制造，如果想要周期性的图案，我们可以采用光刻法，如果想要随机的图案，我们可以采用改进的等离子体蚀刻。

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