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減反射膜（增透膜）如何通過干涉現(xiàn)象減少反射光，增強(qiáng)透射光？

日期：2024-12-27 02:02

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摘要：減反射膜（增透膜）如何通過干涉現(xiàn)象減少反射光，增強(qiáng)透射光？

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

光學(xué)薄膜在我們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在，如液晶電視機(jī)面板、手機(jī)鏡頭模組、眼鏡、車窗玻璃等等。早在1817年，夫瑯禾費(fèi)（Fraunhofer）就用酸蝕法制成了世界上**批單層減反射膜；在1899年，法布里與珀羅（Fabry-Perot）制成了**個(gè)薄膜光學(xué)元件。兩百年來光學(xué)薄膜器件飛速發(fā)展，深入各家各戶。

光學(xué)薄膜的不同應(yīng)用場(chǎng)景

在光學(xué)元件或獨(dú)立基板上，涂布單層或多層的介質(zhì)膜、金屬膜和組合膜，可改變光經(jīng)過元件時(shí)的傳遞特性，包括光的透射率、反射率、吸收率、散射、光場(chǎng)局部的偏振及相位等。

光學(xué)元件表面附著的薄膜厚度薄而均勻，且種類繁多。下面主要介紹減反射膜和高反射膜的實(shí)現(xiàn)原理和作用。

減反膜（增透膜、AR膜）

當(dāng)光線從折射率為

n_{0}

的介質(zhì)入射到折射率為

n_{1}

的另一種介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的分界面上就會(huì)產(chǎn)生光的反射。如果介質(zhì)對(duì)光沒有吸收，界面是光學(xué)表面，光線垂直入射，則反射率

R=\frac{(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}

，透射率

T=1-R

。

如右圖所示，當(dāng)一束光從空氣垂直入射到折射率

N_{s}=1.52

的N-BK7玻璃基板上，空氣的折射率

N_{0} =1

，那么在空氣-玻璃-空氣兩個(gè)界面的反射率如下：

R_{0S}=\frac{(N_{0}-N_{S})^{2}}{(N_{0}+N_{S})^{2}}=\frac{(1-1.52)^{2}}{(1+1.52)^{2}}=0.0425

R_{S1}=\frac{(N_{S}-N_{1})^{2}}{(N_{S}+N_{1})^{2}}=\frac{(1.52-1)^{2}}{(1.52+1)^{2}}=0.0425

通常光學(xué)玻璃的折射率在1.44~1.92之間，光學(xué)玻璃表面的反射率在3.25%~10%之間。而紅外光譜區(qū)經(jīng)常使用的硅(

n=3.5

)或鍺(

n=4.0

)基底材料，每個(gè)表面的反射率分別可以達(dá)到31%或36%左右。

這種光學(xué)元件表面的反射在光學(xué)系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)負(fù)面影響：一方面會(huì)造成光能量的損失，使成像的亮度降低；另外也會(huì)導(dǎo)致分辨率下降，光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部各表面多次反射而造成的雜散光也會(huì)到達(dá)像面，會(huì)造成像的襯度降低，分辨率下降。這兩種效應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量下降。特別是對(duì)于復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，這兩個(gè)效應(yīng)造成的影響更為嚴(yán)重。在光學(xué)元件表面鍍制減反射膜是克服這些缺點(diǎn)*有效的方法。

為了減少表面反射率，*簡(jiǎn)單的途徑是在玻璃表面上鍍一層低折射率的薄膜，構(gòu)成空氣-膜-玻璃三層介質(zhì)，利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而增強(qiáng)透射。如下圖所示， $n_{0} -n_{1}- n_{2}$ 分別為空氣-增透膜材料-玻璃材料的折射率， $R_{1}、T_{1}$ 為空氣-玻璃界面的反射率和透過率， $（R_{2}）$ 為空氣-增透膜界面的反射率， $（T_{2}）$ 為增透膜-玻璃界面的透過率。

1. 只要 $n_{0} ＜n_{1}＜ n_{2}$ ，就有 $R_{2} ＜R_{1}$ ， $T_{2} ＞T_{1}$ ，這個(gè)單層介質(zhì)膜就有減小表面反射率的作用，就是減反射膜；

2. 當(dāng) $n_{1}＜ n_{2}$ ，滿足膜層的有效光學(xué)厚度 $n_{1}d_{1}cos\left( \theta_{1}\right)=\frac{(2m+1)\lambda_{0}}{4}$ 則 $R_{min}(\lambda_{0})=\frac{(n_{0}n_{2}-n_{1}^{2})^{2}}{(n_{0}n_{2}+n_{1}^{2})^{2}}$

通過上式可知：

①

R(\lambda_{0})=0

的條件是

n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{2}}

②

R-\lambda

曲線呈V形，谷底是

R(\lambda_{0})

③

\theta_{0}\ne0

時(shí)，膜層的有效光學(xué)厚度為

n_{1}d_{1}cos\left( \theta_{1} \right)

所以

（\theta_{0}）

越大，

（R_{min}）

對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)越短。

減反射膜可以將光束在元件表面或界面的損耗減少到**，在激光技術(shù)、光電子技術(shù)、光通信技術(shù)、光顯示技術(shù)和光存儲(chǔ)技術(shù)等現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中得到了充分的應(yīng)用。

單層減反射膜存在的問題是：V形減反射效果只能實(shí)現(xiàn)單一波長(zhǎng)零反射，色中性差；此外，對(duì)于常用的玻璃基底，滿足 $n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{S}}$ 的膜料不一定存在，很難實(shí)現(xiàn)零反射。當(dāng)單層膜不能滿足需求的時(shí)候，可以尋求更多層的膜堆來提高減反射效果。

V型減反射膜（左）和W型減反射膜（右）

在多層膜的結(jié)構(gòu)中，通過改變間隔層的厚度，可以使反射率極小值移到不同的波數(shù)位置上。根據(jù)不同折射率的基片去設(shè)計(jì)合適的減反射膜層堆能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同的需求。

高反射膜

前文提到，從光垂直入射鍍單層膜光學(xué)元件的反射率

R=\frac{(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}

計(jì)算公式中，可以看出當(dāng)

n_{1}

越大，

R

越大，但是實(shí)際中的膜層折射率

n_{1}

是有限的，單層膜可以實(shí)現(xiàn)的*高反射率不會(huì)超過50%。對(duì)多層反射膜進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得膜層所有界面上反射的光束回到前表面時(shí)具有相同位相，從而產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉，在理論上就有望得到接近于100%的反射率。

如果采用高折射率 $（n_{H}）$ 、低折射率 $（n_{L}）$ 交替的介質(zhì)多層膜，并使得介質(zhì)膜系兩邊的*外層為高折射率層，每層厚度均為 $（\frac{\lambda_{0}}{4}）$ 。對(duì)于中心波長(zhǎng) $（\lambda_{0}）$ 的垂直入射反射率極大值為：

R_{max}(\lambda_{0})=\left[ \frac{1-(\frac{n_{H}}{n_{L}})^{2S}(\frac{n_{H}^{2}}{n_{S}})}{1+(\frac{n_{H}}{n_{L}})^{2S}(\frac{n_{H}^{2}}{n_{S}})} \right]^{2}

可知當(dāng) $（\frac{n_{H}}{n_{L}}）$ 的比值越大，或者當(dāng)層數(shù)即（ $2S+1$ ）越多時(shí)， $R_{max}(\lambda_{0})$ 越大，理論上甚至可以無限接近于100%反射率。但在實(shí)際中，由于膜層的吸收、散射等損失，膜系到達(dá)一定層數(shù)后，繼續(xù)增加膜層對(duì)數(shù)也不會(huì)再提高其反射率。材料折射率、膜系設(shè)計(jì)也是*終影響元件反射率性能重要的一環(huán)。

高反射帶的波數(shù)寬度僅僅與構(gòu)成多層膜的兩種膜料的折射率有關(guān)，差值越大，高反射帶越寬。膜料折射率不能無限的高，例如在可見光區(qū)域有實(shí)用價(jià)值的材料中，折射率*高不超過2.6，*小不小于1.35，因此高反射率帶寬是有限的。展寬高反射帶寬度有兩種方法：一種是膜系各層厚度有規(guī)律的遞增/遞減；另一種是堆疊兩個(gè)/多個(gè)中心波長(zhǎng)的不同多層膜系。

例如上圖，把兩個(gè)奇數(shù)層的高反射膜堆聯(lián)合起來，重疊部分（虛線C處）會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很窄的透射帶，但總體的高反射帶得到了展寬。當(dāng)介質(zhì)高反射膜用于傾斜使用的時(shí)候，S偏振和P偏振的反射帶寬不再相等，波形會(huì)發(fā)生一定的改變。

總的來說，入射角度增大，反射帶會(huì)整體向短波方向移動(dòng)，總的反射帶寬也會(huì)改變，兩端的陡度變差。如果僅需要寬反射帶，而不追求特別高的反射率，或者需要偏振不敏感，可以選擇金屬膜。

關(guān)于我們

采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機(jī)，點(diǎn)餐機(jī)，電子白板，安防監(jiān)控等。
卷柔新技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進(jìn)的減反射玻璃。鍍膜版面可達(dá)到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對(duì)PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點(diǎn)，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個(gè)難度和具有很好的應(yīng)用性，新意突出，實(shí)用性突出，濕法鍍膜在價(jià)格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。

卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長(zhǎng)期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價(jià)值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價(jià)格,貼心的服務(wù)，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，通過鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤(rùn)空間和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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減反射膜（增透膜）如何通過干涉現(xiàn)象減少反射光，增強(qiáng)透射光？