光学薄膜原理

　　光学薄膜的应用始于20世纪30年代，至今已形成一门独立的技术，广泛应用在天文、军事、医学、科学检测、光显示和光通讯等行业中。光学薄膜能改善系统性能，对光学仪器的质量起着重要或决定性的作用。

　　光学薄膜是指镀在一些光学器件或其他器件表面上的薄膜，来选择性的吸收某些波长的光，改变某些波长的光的透射性或偏振状态，或者相位来满足人们的需要。改变光的透射性光学薄膜一般由介质或金属分子蒸发而成，对于不同波长的光可以制成不同的厚度，使用这些滤波片要比使用单色光源方便的多。

　　反射、减反射以及光谱调控是光学薄膜的基本功能。利用反射功能，光学薄膜可以将光线按不同的角度折转到空间的各个方向。利用减反射功能，光学薄膜可以将光线在元件表面发生反射时将光的损耗降到Zdi，因而使光学器件和光学系统的功能更加的wan美。利用光谱调控功能，可以将光学系统中的色度进行变换，获得缤纷绚丽的色彩。

　　如果从Fraunhofer利用化学方法制备出减反射层算起，光学薄膜已经有近两百年的历史。但是，光学薄膜真正作为一类光学元件应用于光学系统，应该从20世纪30年代扩散泵应用于真空系统开始。近几十年来，特别是电子计算机广泛应用于光学薄膜的设计和薄膜制备过程以来，光学薄膜元件和技术得到突飞猛进的发展，形成一种欣欣向荣的大好局面。

　　Z早论述光学薄膜性质及其制备技术的专著是Heavens在1955年出版的Optical Properties of Thin Solid Films及Holland在1956年出版的Vacuum Deposition of Thin Films这两本书，20世纪60年代初就有了中译本。在光学薄膜的发展历程中，光学薄膜的专著出版了很多本，比较有代表性的是Maeleod的Thin Film Optical Filters，该书2001年已经有第三版问

　　光学薄膜是由膜的分层介质构成，通过界面传播光束的一类光学介质材料，它的应用始于20世纪30年代，现在已广泛应用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。

　　传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。光波是一种电磁波，根据其波长的不同可分成红外线、可见光和紫外线等，当光波投射到物体上时，有一部分在它表面上被反射，其余部分经折射进入到该物体中，其中有一部分被吸收变为热能，剩下的部分透射。不同的物质对光有不同的反射、吸收、透射性能，光学薄膜就是利用材料对光的这种性能，并根据实际需要制造的。

　　传统光学薄膜就是利用材料的这种特性，对光线产生特异性行为。传统光学薄膜有反射膜、增透膜、滤光膜、纳米光学薄膜、偏振膜、分光膜、和位相膜等。

　　1、反射膜

　　反射膜又叫增反膜，当两列波的相位差正好是波长的整数倍时，两列波是相互加强的，所以薄膜起到增反的效果，这就要求薄膜的厚度正好是所需要增反的光线的半个波长整数倍。常用镀多层薄膜的方法来增加反射效果以弥补单层膜发射效果不佳的缺点。当采用多层膜时，光学薄膜的厚度也要做相应的调整。

　　许多光学系统需要增反膜，甚至要求反射率高达99.9%。反射膜的用处是多方面的，激光器中反射镜的表面都镀有增反膜，以提高其反射率;宇航员的头盔和面甲，其表面上镀一层增反膜，以削弱红外线对人体的透射。

　　2、增透膜

　　增透膜又叫减反膜，在各种光学器件、平板显示器、热反射镜、太阳能电池等领域应用非常广泛，在现代光学薄膜生产中占有十分重要的地位，其生产总量超过所有其他光学薄膜。当两列波的相位差正好是半个波长的奇数倍时，两列波是相互削弱的，所以薄膜起到增透的效果，这就要求薄膜的厚度正好是所需要增反的光线的1/4波长的奇数倍。

　　减反膜在现代光学薄膜生产中占有十分重要的地位，其生产总量超过所有其他光学薄膜。减反膜的研究依赖于其制备工艺，高质量的减反膜有利于其物理的研究和应

　　光学薄膜由薄的分层介质构成的，通过界面传播光束一类光学介质材料，光学薄膜的应用始于20世纪30年代，光学薄膜已经广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。制备条要求件高而精。

　　光学薄膜是涉及光在传播路径过程中，附着在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层。光学薄膜在我们的生活中无处不在，从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用;比方说，平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品，或者是钞 票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展的重要性。

　　光学薄膜系指在光学元件或独立基板上，制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合，以改变光波之传递特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。故经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。

　　一般来说，光学薄膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工艺。所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中，例如真空蒸镀是在一真空环境中，以电能加热固体原物料，经升华成气体后附着在一个固体基材的表面上，完成涂布加工。日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜，就是以干式涂布方式制造的产品。但是在实际量产的考虑下，干式涂布运用的范围小于湿式涂布。湿式涂布一般的做法是把具有各种功能的成分混合成液态涂料，以不同的加工方式涂布在基材上，然后使液态涂料干燥固化做成产品。

　　光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学，它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为的一门学科。即便是科学技术日新月异飞速发展的今天，该理论仍可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为，由此设计出不同波长、不同性能、适

　　光学薄膜是一类重要的光学元件，它广泛地应用于现代光学、光电子学、光学工程以及其他相关的科学技术领域。在光的传输、调制，光谱和能量的分割与合成以及光与其他能态的转换过程中起着不可替代的作用。

　　由于光学薄膜具有良好的性能，使其不仅可以应用在光学领域中，我们生活中的各个领域都有应用，我们的手机电脑屏幕，眼镜外层的薄膜，光学器件和光通信中的应用更是不胜枚举。现在光学薄膜在国防中的应用范围也在逐渐扩宽，如导 弹卫星中的激光器，滤光片;的传感器，警戒系统，上面都镀有光学薄膜。

　　1、光学薄膜应用于光学仪器

　　很多光学仪器的透镜上都镀有光学薄膜。望远镜的透镜上不镀光学薄膜，则当光线照射到镜片上时，某些波长的光反射时会发生干涉相长，使反射光的强度增强，透射光减弱，而且其他的光会产生互补色，会影响望远镜的成像。

　　光学薄膜可以改变光线的透光率，使反射过大的光透射增强，提高透光率，这时候用的就是增透膜。可以用控制薄膜的厚度来控制使哪些波长的光透射增强还是反射增强。在镜片上镀膜不仅可以提高望远镜的成像质量，还使望远镜对各种环境的适用性增强，如雪地，反射光太强会使望远镜成像色彩暗淡失真，色差严重，在望远镜上镀上红膜就会很好的解决这些问题。

　　2、光学薄膜应用于照明设备

　　光学薄膜在照明设备中有广泛的应用，如白炽灯，低压钠灯等，可以使照明设备更加的节能。大多都是在灯的表面镀上一层对红外光反射很强的增反膜，当光照射在其上时发生干涉相长，增强了反射光以使透射光减弱，从而使得可见光的透射增强。

　　这样不仅可以节约能源又可以改变光谱的能量分布，使能量主要分布在可见光上，极少分布在红外光上，甚至可以使红外光上的能量为零，所以镀膜的灯要比不镀膜的亮。其中白炽灯大多用的二氧化锡薄膜或银膜，钠灯用的是二氧化硅膜。

　　3、光学薄膜应用于农业生产设施

　　光学薄膜不仅可以应用在光学系统中，在其他领