一文了解用于玻璃上的增減反射膜
作者：admin 發(fā)布時間：2022-05-15點擊：
在眾多的光學系統(tǒng)中，一個相當重要的組成部分是透鏡通過蒸鍍膜材達到降低反射，也就是增加光線的透過率。在很多應用領域中，減反射膜是不可缺少的，否則，無法達到應用的要求。
就拿一個由18塊透鏡組成的35mm的自動變焦的照相機來說，假定每個玻璃和空氣的界面約有4%的反射，沒有增透膜的透鏡（鏡頭），光透過率僅為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，對玻璃和塑料必須選用不同的膜料和膜層設計。
經典的單層減反射膜由一薄層氟化鎂MgF2構成，MgF2在510nm時的折射率為n=1.3858，以中心波長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
鍍在加熱到250-300°C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，穩(wěn)定，并且相當方便，經濟，直接使用蒸發(fā)舟便可。
想得到更低的反射率，最簡單的方法是鍍一層CeF3和一層MgF2（各為1/4的光學厚度），可用蒸發(fā)船。2層膜的優(yōu)點是在可見光范圍的中段有更低的反射率，缺點在于在紅，藍端的反射率上升過快。由于2層膜的效果不理想，為了達到理想的效果，必須使用3層或多層膜。
經典的3層膜由一層1/4光學厚度的中折射率物質（1.6-1.7)，一層1/2光學厚度的高折射率物質 (2.0-2.2)和一層1/4光學厚度的低折射率物質組成。
最常用的是Al2O3，ZrO2和MgF2。圖1顯示在整個光學敏感段（410-680nm）的反射率低于0.5%。
膜料對膜層效果有決定性的影響。除了理想的折射率，每次鍍膜時穩(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是最常用的第三層低折射率物質。但是，由于塑料不能被高溫加熱，用MgF2會使膜層變軟和不穩(wěn)定，此時，SiO2是最佳的選擇。在光學樹酯鏡片行業(yè)，均采用SiO2作為低折射率的膜材。
Al2O3是最常用的第一層中折射率物質。它的膜層從紅外到紫外線有相當高的透過率，十分牢固，穩(wěn)定，并且每次鍍膜時有穩(wěn)定的折射率。
ZrO2通常被用作第二層高折射率物質。它的優(yōu)點是從250到7000nm有寬廣的透過率，并且膜層牢固、穩(wěn)定。但是，每次鍍膜時呈現不同的折射率，也就是折射率會隨著膜厚的增加而降低，這種現象可能和它的特殊晶體結構有關。ZrO2的另一個缺點是在蒸發(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，可以使用混合氧化物。這些混合料可以根據客戶不同的折射率需要來生產。
真空鍍膜機光學鍍膜加工上有什么要注意的嗎？當光線進入不同傳遞物質時（如由空氣進入玻璃），大約有5%會被反射掉，在光學瞄準鏡中有許多透鏡和折射鏡，整個加起來可以讓入射光線損失達30%至40%?，F代光學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%，所以整個瞄準鏡如果加以適當鍍膜，光線透穿率可達95%。鍍了單層增透膜的鏡片通常是藍紫色或是紅色，鍍多層增透膜的鏡片則呈淡綠色或暗紫色。
真空鍍膜機增透膜增加透射光強度的實質是作為電磁波的光波在傳播的過程中，在不同介質的分界面上，由于邊界條件的不同，改變了其能量的分布。對于單層薄膜來說，當增透膜兩邊介質不同時，薄膜厚度為1/4波長的奇數倍且薄膜的折射率n=（n1*n2)^(1/2)時（分別是介質1、2的折射率），才可以使入射光全部透過介質。一般光學透鏡都是在空氣中使用，對于一般折射率在1.5左右的光學玻璃，為使單層膜達到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)倍四分之一個波長。單層膜只對某一特定波長的電磁波增透，為使在更大范圍內和更多波長實現增透，人們利用鍍多層膜來實現。 人們對增透膜的利用有了很多的經驗，發(fā)現了不少可以作為增透膜的材料；同時也掌握了不少先進的鍍膜技術，因此增透膜的應用涉及醫(yī)學、軍事、太空探索等各行各業(yè)，為人類科技進步作出了重大貢獻。
德國默克公司根據客戶大量的實際使用情況和多年的膜料生產經驗，研制開了一系列的混合料：
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可以被用來生產高折射率的膜層，在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可以被用來生產中折射率得膜層。H1,H4和M1也能鍍在未經加熱的基底上，折射率會降低。
H1在從可見光到紫外的波段內有相當高的透過率，在360nm左右有吸收。但是，同ZrO2一樣，無法從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此較難得到比較均勻的膜層。
H2在可見光的波段內有很高的透過率，但是在380nm時有截止吸收，這意味著當鍍膜條件不理想時，在400nm時會有0.5%的吸收。H2的優(yōu)點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在可見光的波段內有很高的透過率，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。
M1在從近紅外到近紫外的波段內有很高的透過率，在300nm時有吸收。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。此物質適合于在高折射率的膜層上鍍增透膜。
蒸發(fā)鍍膜設備與技術 真空蒸發(fā)鍍膜設備主要用于在經予處理的塑料、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、價廉的塑料,陶瓷表面金屬化制品。廣泛應用于工藝美術、裝璜裝飾、燈具、家具、玩具、酒瓶蓋、女式鞋后跟等領域, JTPZ多功能鍍膜技術及設備（加有射頻等離子體聚合的蒸發(fā)鍍膜機），針對汽車、摩托車燈具而設計的，在一個真空室內完成蒸發(fā)
鍍鋁和射頻等離子體鍍保護膜，這種鍍膜后燈具具有“三防”功能。射頻等離子體聚合膜還應用于光學產品、磁記錄介質、軍事國防保護膜；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、鍍保護膜或燈具基體在真空室進行前處理（不噴底漆）、鍍鋁膜、鍍保護膜工藝。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(不需要投資噴涂設備），在鍍完鋁膜后直接鍍一層保護膜。滴1%NaOH溶液10分鐘鋁層不腐蝕，去離子水中浸飽96小時鋁層不脫落。
我們也可以僅用氧化物來鍍增透膜。圖5顯示了用SiO2(n=1.46)和H4(n=2.15)的膜系，當然膜厚不再是簡單的1/2或1/4光學厚度。有時會需要很薄的膜厚，在膜厚和折射率上微小的變動都會有很大的影響，因此相對于經典的3層膜系來說要難得多。
