光學干涉薄膜技術與產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展

光學干涉薄膜是指基于干涉效應的多層膜光學器件。這些光學薄膜器件利用多層膜干涉效應實現(xiàn)減反射、高反射以及分光、濾波、偏振等各種光譜調(diào)制功能，在現(xiàn)代光通訊、光顯示、光存儲以及光成像中都具有極為廣泛與重要的應用。經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，光學薄膜技術已經(jīng)成熟，近十年來國內(nèi)光學薄膜技術產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，一個新興的光學薄膜產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。

1 產(chǎn)業(yè)進程
      回顧光學薄膜技術產(chǎn)業(yè)化的歷程，我們可以十分清晰地看到信息技術與信息產(chǎn)品對光學薄膜產(chǎn)業(yè)化的推動。*典型的產(chǎn)品為：光通訊各種薄膜產(chǎn)品、手機攝像模組為代表的數(shù)碼影像產(chǎn)品、投影儀顯示產(chǎn)品，以及生化分析中的光學元件產(chǎn)品。

      **個對光學薄膜產(chǎn)業(yè)推動巨大的是光通訊技術與產(chǎn)品。2000年左右的光通訊浪潮，特別是密集波分復用光學濾波器的需求，帶動光學薄膜制備技術的高速發(fā)展，高精度、高性能、可大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的光學薄膜制備設備進入社會。光學薄膜從此大踏步走向產(chǎn)業(yè)。雖然光通訊泡沫破碎后，光通訊中光學薄膜產(chǎn)品的需求量遠低于原來預期，但是它的高難度與起始時的高技術附加值，極大地推進了光學薄膜的產(chǎn)業(yè)化進程。直至現(xiàn)在，光學通訊中密集波分復用濾波器、上載與下載濾波器、平滑濾波器等依然有一定的市場規(guī)模，支持著相當一批企業(yè)從事這些通訊光學薄膜器件的生產(chǎn)。應該說光通訊對光學薄膜的大批量制造能力的發(fā)展起到極為重要的推進作用，使得極高品質(zhì)光學薄膜的產(chǎn)業(yè)化變?yōu)榭赡埽瑫r極大促進了專注于光學薄膜科研人員將其產(chǎn)業(yè)化的信心。

      **個對光學薄膜產(chǎn)業(yè)化推動巨大的是多媒體投影儀技術。多媒體投影儀發(fā)展于上世經(jīng)90年代中期，是商業(yè)、辦公、會議、家庭娛樂以及電化教學等重要的大屏幕顯示設備。其中需要大量的光學薄膜器件，如梯度紅、綠、藍光的分色鏡、紫外紅外截止濾光片、紅綠藍色輪濾光片、X-cube合色棱鏡以及大量的減反膜與反射鏡等。目前投影儀的全球市場份額大約在800多萬臺，而且每年以近10%的速度發(fā)展。因此十多年多媒體投影儀的發(fā)展史，帶動了光學薄膜產(chǎn)業(yè)成長為穩(wěn)定獨立的產(chǎn)業(yè)。近年來投影儀技術向兩頭發(fā)展：一類是數(shù)碼影院放映用的大型數(shù)字影院投影儀，該投影儀具有高亮度輸出，高分辨率投影顯示等性能；**類是向微型化發(fā)展，以LED或激光為光源的小型或微型投影儀，這一類投影儀輸出流明可能不高，但是體積很小，便攜性很好。有的可以與手機等移動通訊設備相匹配形成所謂的“皮”投影（pico projector）。這些投影儀內(nèi)部具有類似的光學薄膜元件組成，而且市場的需求量有可能很大，這必將成為拉動光學薄膜產(chǎn)業(yè)大步發(fā)展的極好機遇。

      第三個對光學薄膜產(chǎn)業(yè)化推動巨大的是手機攝像模組為代表的數(shù)碼影像產(chǎn)品。進入21世紀，移動通訊產(chǎn)品極度普及，移動通訊產(chǎn)品與攝像模組的組合產(chǎn)品成為人們幾乎是必備的日常通信或信息產(chǎn)品。手機影像模組中，光學鏡片（無論是塑料的還是玻璃的）均需要寬帶減反射膜。減反射薄膜是*常見的光學薄膜，所有的透鏡表面均需要鍍制增透膜（減反膜）。近年來減反射膜在產(chǎn)業(yè)化方面更為成熟，高性能的寬帶減反膜大批量穩(wěn)定量產(chǎn)。不僅如此，在塑料眼鏡的應用中，帶有顏色效應的高牢固度的寬帶減反射膜也都實現(xiàn)了大批量、高成品率的量產(chǎn)。另外手機模組中還有一個校正CMOS器件顏色性能的濾色片（紅外紫外截止可見高透）也是一種典型的多層干涉薄膜器件。另外數(shù)碼影像設備家用化，數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機形成了每年千萬數(shù)量級的優(yōu)異市場。數(shù)碼相機中除了常規(guī)的光學鏡頭需要高品質(zhì)的寬帶減反射薄膜，以及CCD或CMOS前面的顏色矯正濾光片之外，上等次的數(shù)碼相機還需要光學低通濾波器以去除陣列傳感器成像時有可能形成的莫爾條紋現(xiàn)象。由于手機模組是一個每年具有幾億量級數(shù)量的國際市場，因此帶動了光學薄膜的加工業(yè)形成規(guī)模，快速發(fā)展。

      第四個對光學薄膜產(chǎn)業(yè)化推動巨大的是生化分析中的光學元件產(chǎn)品。生化分析用的光學濾光片近年來也呈現(xiàn)蓬勃的發(fā)展勢頭，各種窄帶，超窄帶濾光片的需求日益增多，這些不僅對光學多層薄膜技術提出更高的要求，而且也極大豐富了薄膜產(chǎn)品的覆蓋面。

      此外，隨著綠色能源技術為人們所廣泛關注，光學薄膜近年來開始在應用于太陽能的利用與開發(fā)領域。高反射率、高環(huán)境穩(wěn)定性的反射膜成為太陽能發(fā)電的重要器件。而且由于太陽能聚光反射鏡的面積巨大，對光學薄膜產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展產(chǎn)生積極影響。綠色環(huán)保為主題的建筑玻璃的發(fā)展，對低輻射薄膜提出了更高的要求，多層干涉薄膜技術開始廣泛應用于建筑薄膜，形成了大批量建筑薄膜制備行業(yè)。

2 技術發(fā)展
      光學薄膜技術在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的同時， 自身的設計理論與制備技術以及應用研究也在不斷發(fā)展。除了向極限光學性能的光學薄膜技術（極高損傷閾值的光學薄膜、極短波長的光學薄膜、極高精度的相位型光學薄膜等）發(fā)展之外，還在向微結(jié)構(gòu)型光學薄膜的方向發(fā)展。*突出的是利用表面微結(jié)構(gòu)形成漸變折射率薄膜實現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)的理想減反射效應，如德國費瑯和費研究所提出的采用離子轟擊原理在聚合物表面形成精細微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)減反射。又如應用于太陽能薄膜的“黑硅”技術，就是利用硅基板表面反應離子刻蝕方法，構(gòu)造表面納米量級的錐狀微結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)對全入射角可見光的完全吸收，形成“黑硅”效應。

      另外一類微結(jié)構(gòu)薄膜是利用光學薄膜物**相沉積制備過程中，斜蒸鍍產(chǎn)生的柱狀微結(jié)構(gòu)薄膜，這樣的薄膜其折射率是各向異性的。韓國仁荷大學的研究組將薄膜制備過程中的柱狀微結(jié)構(gòu)用到精良，通過樣品的慢速旋轉(zhuǎn)制備螺旋形的柱狀結(jié)構(gòu)，以及多層膜不同傾斜角度與旋轉(zhuǎn)方向的柱狀微結(jié)構(gòu)薄膜以構(gòu)造各種特殊光學性能的濾光片，如垂直入射的光學薄膜偏振片以及垂直入射的分色偏振濾波器等在液晶顯示領域有重要應用前景的新型光學濾波器。

      第三類微結(jié)構(gòu)薄膜采用了光子晶體研究的結(jié)構(gòu)，利用多層具有空間形狀的薄膜組合實現(xiàn)各種新穎的光學特性。這些新型光學薄膜器件的出現(xiàn)，為光學薄膜的發(fā)展開辟了新的方向，無論從設計方法，制備技術以及測試技術等都提出了新的內(nèi)容與要求。促進光學薄膜應用領域的不斷擴展。

      總之，光學薄膜的研究已經(jīng)走出實驗室，完成了產(chǎn)業(yè)化歷程，形成了從光學薄膜制備設備產(chǎn)業(yè)、光學薄膜材料產(chǎn)業(yè)以及光學薄膜制備加工產(chǎn)業(yè)等一系列配套的產(chǎn)業(yè)鏈。與此同時，光學薄膜的研究與發(fā)展并未停滯，新的具有開拓性的光學薄膜結(jié)構(gòu)不斷被推出，光學薄膜的極限光學性能不斷被刷新，制備膜系的復雜程度不斷加大，新的更大的應用被不斷擴展，這些均預示著光學薄膜的未來更光明。

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