用于玻璃上的增減反射膜
用于玻璃上的增減反射膜
在眾多的光學(xué)系統(tǒng)中，一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分是透鏡通過(guò)蒸鍍膜材達(dá)到降低反射，也就是增加光線的透過(guò)率。在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，減反射膜是不可缺少的，否則，無(wú)法達(dá)到應(yīng)用的要求。
就拿一個(gè)由18塊透鏡組成的35mm的自動(dòng)變焦的照相機(jī)來(lái)說(shuō)，假定每個(gè)玻璃和空氣的界面約有4%的反射，沒(méi)有增透膜的透鏡（鏡頭），光透過(guò)率僅為27%（估算方法：100-4×18=28），鍍有一層膜（剩余的反射為1.3%）的鏡頭光透過(guò)率為66%，鍍多層膜（剩余的反射為0.5%）的為85%。
值得注意的是由于玻璃可以被高溫加熱，而塑料不能，因此，對(duì)玻璃和塑料必須選用不同的膜料和膜層設(shè)計(jì)。
經(jīng)典的單層減反射膜由一薄層氟化鎂MgF2構(gòu)成，MgF2在510nm時(shí)的折射率為n=1.3858，以中心波長(zhǎng)510nm去推算，需要的膜厚（幾何厚度也是物理厚度）為d=92nm。
推算的方法如下：1/4光度厚度=510nm/4=127.5nm=折射率(n)×物理厚度(d)
127.5nm=1.3858×d
D=92nm
鍍?cè)诩訜岬?/span>250-300°C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，穩(wěn)定，并且相當(dāng)方便，經(jīng)濟(jì)，直接使用蒸發(fā)舟便可。
想得到更低的反射率，*簡(jiǎn)單的方法是鍍一層CeF3和一層MgF2（各為1/4的光學(xué)厚度），可用蒸發(fā)船。2層膜的優(yōu)點(diǎn)是在可見(jiàn)光范圍的中段有更低的反射率，缺點(diǎn)在于在紅，藍(lán)端的反射率上升過(guò)快。由于2層膜的效果不理想，為了達(dá)到理想的效果，必須使用3層或多層膜。
經(jīng)典的3層膜由一層1/4光學(xué)厚度的中折射率物質(zhì)（1.6-1.7)，一層1/2光學(xué)厚度的高折射率物質(zhì) (2.0-2.2)和一層1/4光學(xué)厚度的低折射率物質(zhì)組成。
*常用的是Al2O3，ZrO2和MgF2。圖1顯示在整個(gè)光學(xué)敏感段（410-680nm）的反射率低于0.5%。
膜料對(duì)膜層效果有決定性的影響。除了理想的折射率，每次鍍膜時(shí)穩(wěn)定的折射率，均勻的膜層，低吸收性，牢固性，穩(wěn)定性也非常重要。
MgF2是*常用的第三層低折射率物質(zhì)。但是，由于塑料不能被高溫加熱，用MgF2會(huì)使膜層變軟和不穩(wěn)定，此時(shí)，SiO2是*佳的選擇。在光學(xué)樹(shù)酯鏡片行業(yè)，均采用SiO2作為低折射率的膜材。
Al2O3是*常用的**層中折射率物質(zhì)。它的膜層從紅外到紫外線有相當(dāng)高的透過(guò)率，十分牢固，穩(wěn)定，并且每次鍍膜時(shí)有穩(wěn)定的折射率。
ZrO2通常被用作**層高折射率物質(zhì)。它的優(yōu)點(diǎn)是從250到7000nm有寬廣的透過(guò)率，并且膜層牢固、穩(wěn)定。但是，每次鍍膜時(shí)呈現(xiàn)不同的折射率，也就是折射率會(huì)隨著膜厚的增加而降低，這種現(xiàn)象可能和它的特殊晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。ZrO2的另一個(gè)缺點(diǎn)是在蒸發(fā)是它只是部分的溶解，因此，很難得到均勻的膜厚。
為了減少單體氧化物的這些缺點(diǎn)，可以使用混合氧化物。這些混合料可以根據(jù)客戶不同的折射率需要來(lái)生產(chǎn)。
真空鍍膜機(jī)光學(xué)鍍膜加工上有什么要注意的嗎？當(dāng)光線進(jìn)入不同傳遞物質(zhì)時(shí)（如由空氣進(jìn)入玻璃），大約有5%會(huì)被反射掉，在光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡中有許多透鏡和折射鏡，整個(gè)加起來(lái)可以讓入射光線損失達(dá)30%至40%?，F(xiàn)代光學(xué)透鏡通常都鍍有單層或多層氟化鎂的增透膜，單層增透膜可使反射減少至1.5%，多層增透膜則可讓反射降低至0.25%，所以整個(gè)瞄準(zhǔn)鏡如果加以適當(dāng)鍍膜，光線透穿率可達(dá)95%。鍍了單層增透膜的鏡片通常是藍(lán)紫色或是紅色，鍍多層增透膜的鏡片則呈淡綠色或暗紫色。
真空鍍膜機(jī)增透膜增加透射光強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)是作為電磁波的光波在傳播的過(guò)程中，在不同介質(zhì)的分界面上，由于邊界條件的不同，改變了其能量的分布。對(duì)于單層薄膜來(lái)說(shuō)，當(dāng)增透膜兩邊介質(zhì)不同時(shí)，薄膜厚度為1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍且薄膜的折射率n=（n1*n2)^(1/2)時(shí)（分別是介質(zhì)1、2的折射率），才可以使入射光全部透過(guò)介質(zhì)。一般光學(xué)透鏡都是在空氣中使用，對(duì)于一般折射率在1.5左右的光學(xué)玻璃，為使單層膜達(dá)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(gè)波長(zhǎng)。單層膜只對(duì)某一特定波長(zhǎng)的電磁波增透，為使在更大范圍內(nèi)和更多波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)增透，人們利用鍍多層膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。 人們對(duì)增透膜的利用有了很多的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了不少可以作為增透膜的材料；同時(shí)也掌握了不少先進(jìn)的鍍膜技術(shù)，因此增透膜的應(yīng)用涉及醫(yī)學(xué)、**、太空探索等各行各業(yè)，為人類科技進(jìn)步作出了重大貢獻(xiàn)。
德國(guó)默克公司根據(jù)客戶大量的實(shí)際使用情況和多年的膜料生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，研制開(kāi)了一系列的混合料：
H1， 高折射率， 2.1-2.15
H2， 高折射率， 2.1-2.15
H4， 高折射率， 2.1-2.15
M1， 中折射率， 1.65-1.7
H1,H2和H4可以被用來(lái)生產(chǎn)高折射率的膜層，在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可以被用來(lái)生產(chǎn)中折射率得膜層。H1,H4和M1也能鍍?cè)谖唇?jīng)加熱的基底上，折射率會(huì)降低。
H1在從可見(jiàn)光到紫外的波段內(nèi)有相當(dāng)高的透過(guò)率，在360nm左右有吸收。但是，同ZrO2一樣，無(wú)法從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此較難得到比較均勻的膜層。
H2在可見(jiàn)光的波段內(nèi)有很高的透過(guò)率，但是在380nm時(shí)有截止吸收，這意味著當(dāng)鍍膜條件不理想時(shí)，在400nm時(shí)會(huì)有0.5%的吸收。H2的優(yōu)點(diǎn)在于它能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此有良好的同次性和均勻的膜厚。
H4在可見(jiàn)光的波段內(nèi)有很高的透過(guò)率，像H1一樣，在360nm左右有吸收。它也能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，具有良好的同次性和均勻的膜厚。
圖2顯示了用ZrO2(n=2.05)和上述混合料(n=2.15)的3層增透膜的反射曲線得比較。從中可以看出用混合料的有較好的反射曲線。用ZrO2有較寬廣的曲線，但使用混合料在450和590nm時(shí)有幾乎為零的反射率。
M1在從近紅外到近紫外的波段內(nèi)有很高的透過(guò)率，在300nm時(shí)有吸收。它也能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，具有良好的同次性和均勻的膜厚。此物質(zhì)適合于在高折射率的膜層上鍍?cè)鐾改ぁ?nbsp;
圖3顯示了在高折射率(n=1.625)的玻璃基底上用Al2O3(n=1.65)和M1(n=1.7)的3層增透膜的反射曲線的比較。從中可以看出用M1的效果要好得多。
蒸發(fā)鍍膜設(shè)備與技術(shù) 真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備主要用于在經(jīng)予處理的塑料、陶瓷等制品表面蒸鍍金屬薄膜（鍍鋁、鉻、錫、不銹鋼等金屬）、七彩膜仿金膜等,從而獲得光亮、美觀、價(jià)廉的塑料,陶瓷表面金屬化制品。廣泛應(yīng)用于工藝美術(shù)、裝璜裝飾、燈具、家具、玩具、酒瓶蓋、女式鞋后跟等領(lǐng)域, JTPZ多功能鍍膜技術(shù)及設(shè)備（加有射頻等離子體聚合的蒸發(fā)鍍膜機(jī)），針對(duì)汽車(chē)、摩托車(chē)燈具而設(shè)計(jì)的，在一個(gè)真空室內(nèi)完成蒸發(fā)鍍鋁和射頻等離子體鍍保護(hù)膜，這種鍍膜后燈具具有“三防”功能。射頻等離子體聚合膜還應(yīng)用于光學(xué)產(chǎn)品、磁記錄介質(zhì)、**國(guó)防保護(hù)膜；防潮增透膜；防銹抗腐蝕；耐磨增硬膜。用戶選擇在燈具基體上噴底漆、鍍鋁膜、鍍保護(hù)膜或燈具基體在真空室進(jìn)行前處理（不噴底漆）、鍍鋁膜、鍍保護(hù)膜工藝。在ABS,PC,PBT,PE,PP,PA66等塑料基體上直接鍍膜，不需噴底漆，也不需噴面漆(不需要投資噴涂設(shè)備），在鍍完鋁膜后直接鍍一層保護(hù)膜。滴1%NaOH溶液10分鐘鋁層不腐蝕，去離子水中浸飽96小時(shí)鋁層不脫落。
我們也可以僅用氧化物來(lái)鍍?cè)鐾改ぁD5顯示了用SiO2(n=1.46)和H4(n=2.15)的膜系，當(dāng)然膜厚不再是簡(jiǎn)單的1/2或1/4光學(xué)厚度。有時(shí)會(huì)需要很薄的膜厚，在膜厚和折射率上微小的變動(dòng)都會(huì)有很大的影響，因此相對(duì)于經(jīng)典的3層膜系來(lái)說(shuō)要難得多。
圖3 Al2O3(n=1.65)和M1(n=1.7)的3層增透膜的反射曲線的比較
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)，公司成立２００５年，專業(yè)的光電鍍膜公司，公司產(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、棱鏡等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
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、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(huà)框等。
