光學鍍膜簡介

光學鍍膜簡介

光學鍍膜由薄膜層組合而成，它會產生干涉效應來改變光學系統的透射或反射性能。光學鍍膜的性能取決于層數、每層的厚度和不同層之間的折射率。精密光學中常見鍍膜類型有：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折射光學件，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和醫學應用，能夠以特定波長透射、反射、吸收或衰減光。愛特蒙特光學還可以提供各種定制鍍膜，滿足您的應用需求。

光學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計入射角不同，將導致性能顯著降低，如果入射角度與設計入射角偏差非常大，可能會導致鍍膜功能*喪失。 類似地，使用與設計偏振光不同的偏振光會產生錯誤的結果。

光學鍍膜由沉積電介質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）。為使應用中的干涉達到大或小，鍍膜通常具有四分之一波長光學厚度(QWOT)或半波光學厚度(HWOT)。這些薄膜由高折射率和低折射率層交替制成，從而誘發干涉效應。請參閱圖1，寬帶增透膜設計示例。

圖1：在三層BBAR鍍膜設計中，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

鍍膜控制穿過光學干涉機制的反射光和透射光。當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合創建較大的總振幅。當光束為反相位（180°位移）時，其疊加會導致在所有峰值的消減效應，導致結合的振幅降低。這些效應被分別稱為建設性和破壞性的干涉。

下列方程式1 - 4所示說明多層薄膜結構總反射率的關系。

q層數

δ相位項

η層的光學導納

Np復雜的折射率

tp層的物理厚度

λ波長

θp入射角

Y堆疊的光學導納

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化性能。上述的任何更改將會影響鍍膜內光線的路徑長度，并將在光透射時改變相位值。這種效應可簡單地通過單層增透膜例子說明。當光傳輸穿過系統時，在鍍膜任一側的兩個接口指數更改處將出現反射。為了使反射小化，當兩個反射部分在*界面處結合時，我們希望它們之間具有180°相位差。這個相位差異直接對應于aλ/2位移的正弦波，它可通過將層的光學厚度設置為λ/4獲得佳實現。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。

必須考慮到的后一個參數是膜層的入射角。如果光的入射角改變，則每層的內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，這將導致兩個偏振光具有不同的光學性能。偏振分光計就是基于這一原理設計的。

鍍膜技術

蒸發沉積

在蒸發沉積時，真空室中的源材料受到加熱或電子束轟擊而蒸發。蒸氣冷凝在光學表面上。在蒸發期間，通過控制加熱，真空壓力，基板定位和旋轉可以制造出具有特定厚度的均勻光學鍍膜。 蒸發具有相對溫和的性質，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，將導致性能降低。通過離子束輔助沉積技術可以增強蒸發鍍膜，在該過程中，離子束會對準基片表面。這增加了源材料相對光學表面的粘附性，產生更多應力，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（原子受電離區影響變為離子）也具有動能，會在與光學表面接觸時產生致密的膜。 IBS是一種的，重復性強的技術。

圖3：在離子輔助電子束沉積過程中，用離子槍瞄準光學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的總稱，例如等離子體濺射和磁控管濺射。不管是哪種技術，都包括等離子體的產生。等離子體中的離子經加速射入源材料中，撞擊松散的能量源離子，然后濺射到目標光學元件上。 雖然不同類型的等離子體濺射具有其*的性質和優缺點，不過我們可以將這些技術集合在一起，因為它們具有共同的工作原理，它們之間的差異，相比這種鍍膜技術與本文中涉及的其他鍍膜技術之間的差異小得多。

原子層沉積

與蒸發沉積不同，用于原子層沉積（ALD）的源材料不需要從固體中蒸發出來，而是直接以氣體的形式存在。 盡管該技術使用的是氣體，真空室中仍然需要很高的溫度。 在ALD過程中，氣相前驅體通過非重疊式的脈沖進行傳遞，且脈沖具有自限制性。 這種工藝擁有*的化學性設計，每個脈沖只粘附一層，并且對光學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計進行控制，但是會降低沉積的速率。

亞波長結構化表面

小于光波長的表面結構已成為光學界的一門研究課題，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展中的技術，與傳統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構。 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。 對于亞波長結構化表面的制造，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，我們可以采用改進的等離子體蝕刻。

鍍膜工藝

光學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件的數量，類型，尺寸，需要鍍多少層膜以及光學件上需要鍍膜的表面數量。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備工作，以確保每個鍍膜光學件的質量都能達到高水平。

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

不同的鍍膜沉積技術，具有各自的優缺點。愛特蒙特光學®可以采用不同的鍍膜沉積技術為您服務。 請，告訴我們哪種鍍膜技術適合您的應用。