​光学镀膜

　　光学镀膜是指在光学零件表面上镀上一层(或多层)金属(或介质)薄膜的工艺过程。在光学零件表面镀膜的目的是为了达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。常用的镀膜法有真空镀膜(物理镀膜的一种)和化学镀膜。

光学镀膜类型

　　光学镀膜按照用途可以分为三个类型：

　　diyi种类型是抗反射镀膜，这种镀膜可以用来降低光学元件表面的一些不必要反射，从而增加光学元件的透光率，摄影镜头的镀膜就属于这个范畴;

　　第二种类型是高反射镀膜，它与抗反射镀膜的原理正好相反，是用来在物体的表面产生镜面效果，Z高可以反射99.99%以上的入射光;

　　第三种类型是透明导电镀膜，是一种既能导电又在可见光范围内具有高透明率的一种薄膜，透明导电薄膜主要用于光电器件(如LED，薄膜太阳能电池等)的窗口材料。

光学镀膜理论

　　镀膜控制穿过光学干涉机制的反射光和透射光。当两个光束沿着同步路径传输及其相位匹配时，波峰值的空间位置也匹配并将结合创建较大的总振幅。当光束为反相位(180°位移)时，其叠加会导致在所有峰值的消减效应，导致结合的振幅降低。这些效应被分别称为建设性和破坏性的干涉。

　　光的波长和入射角通常是指定的，折射率和层厚度则可以有所不同以优化性能。上述的任何更改将会影响镀膜内光线的路径长度，并将在光透射时改变相位值。这种效应可简单地通过单层增透膜例子说明。

　　当光传输穿过系统时，在镀膜任一侧的两个接口指数更改处将出现反射。为了使反射Z小化，当两个反射部分在diyi界面处结合时，我们希望它们之间具有180°相位差。这个相位差异直接对应于aλ/2位移的正弦波，它可通过将层的光学厚度设置为λ/4获得Z佳实现。

　　折射率不仅影响光路长度(以及相位)，也影响每个界面的反射特性。反射率通过菲涅尔公式定义，其反射率与界面两边材料的折射率之差息息相关。

　　必须考虑到的Z后一个参数是膜层的入射角。如果光的入射角改变，则每层的内角和光程长度都将受到影响;这将影响反射光束的相位变化量。使用非一般入射时，S偏振光和P偏振光将从每个界面互相反射，这将导致两个偏振光具有不同的光学性能。偏振分光计就是基于这一原理设计的。

光学镀膜技术

　　1、蒸发沉积

　　在蒸发沉积时，真空室中的源材料受到加热或电子束轰击而蒸发。蒸气冷凝在光学表面上。在蒸发期间，通过精确控制加热，真空压力，基板定位和旋转可以制造出具有特定厚度的均匀光学镀膜。

　　蒸发具有相对温和的性质，会使镀膜变得松散或多孔。这种松散的镀膜具有吸水性，改变了膜层的有效折射率，将导致性能降低。通过离子束辅助沉积技术可以增强蒸发镀膜，在该过程中，离子束会对准基片表面。这增加了源材料相对光学表面的粘附性，产生更多应力，使得镀膜更致密，更耐久。

　　2、离子束溅射(IBS)

　　在离子束溅射(IBS)时，高能电场可以加速离子束。这种加速度使得离子具有显着的动能。在与源材料撞击时，离子束会将靶材的原子“溅射”出来。

　　这些被溅射出来的靶材离子(原子受电离区影响变为离子)也具有动能，会在与光学表面接触时产生致密的膜。IBS是一种精确的，重复性强的技术。

　　3、等离子体溅射

　　等离子体溅射是一系列技术的总称，例如高级等离子体溅射和磁控管溅射。不管是哪种技术，都包括等离子体的产生。

　　等离子体中的离子经加速射入源材料中，撞击松散的能量源离子，然后溅射到目标光学元件上。虽然不同类型的等离子体溅射具有其独特的性质和优缺点，不过我们可以将这些技术集合在一起，因为它们具有共同的工作原理，它们之间的差异，相比这种镀膜技术与本文中涉及的其他镀膜技术之间的差异小得多。

　　4、原子层沉积

　　与蒸发沉积不同，用于原子层沉积(ALD)的源材料不需要从固体中蒸发出来，而是直接以气体的形式存在。尽管该技术使用的是气体，真空室中仍然需要很高的温度。

　　在ALD过程中，气相前驱体通过非重叠式的脉冲进行传递，且脉冲具有自限制性。这种工艺拥有独特的化学性设计，每个脉冲只粘附一层，并且对光学件表面的几何形状没有特殊要求。因此这种工艺使得我们可以高度的对镀层厚度和设计进行控制，但是会降低沉积的速率。

　　5、亚波长结构化表面

　　小于光波长的表面结构已成为光学界的一门研究课题，其灵感来自于飞蛾眼睛上的纹理图案。表面纹理化仍然是一种发展中的技术，与传统的薄膜镀膜交替沉积高折射率材料和低折射率材料不同的是，它需要改变基片表面的结构。

　　纹理表面上的特征可以是随机的或周期性的，犹如飞蛾眼睛的图案。对于亚波长结构化表面的制造，如果想要周期性的图案，我们可以采用光刻法，如果想要随机的图案，我们可以采用改进的等离子体蚀刻。

光学镀膜工艺

　　光学镀膜所涉及的制造工艺是劳动和资本密集型的，并且十分耗时。影响镀膜成本的因素包括被镀膜的光学件的数量，类型，尺寸，需要镀多少层膜以及光学件上需要镀膜的表面数量。镀膜采用的沉积工艺对镀膜成本以及镀膜性能方面的影响也十分巨大。此外，在这之前还需要做大量的准备工作，以确保每个镀膜光学件的质量都能达到Z高水平。

　　在镀膜之前，清洁和准备光学件是非常重要的。光学元件必须具有适合镀膜粘附的清洁表面。一旦镀上膜，基片上未预先除去的污渍就很难被去除了。爱特蒙特光学®会进行一丝不苟的清洁，从而确保Z终产品拥有始终如一的高质量。

　　不同的镀膜沉积技术，具有各自的优缺点。蒂姆(北京)新材料科技有限公司可以提供采用不同的镀膜沉积技术镀膜用的溅射靶材、蒸发镀膜材料。请联系我们，告诉我们哪种镀膜材料Z适合您的应用。

光学镀膜应用——镜头镀膜

　　一、化学镀膜法和物理镀膜法

　　在上世纪70年代以前，镜头镀膜方法大多以化学反应为主。这种方法必须严格的控制化学溶液的浓度和架桥剂的组合，进行反应的时间和条件等。由于，仅能小量批次生产，所获得的质量良莠不齐。

　　比较常用的加工法：一为浸镀法，另一则为喷镀法。浸镀法是根据欲配置膜的性质制备含有成分的溶液，然后将玻璃加热到一定温度，放入配置好的化学溶液里，拿出，烘干。

　　浸镀法是唯yi可以同时制作双面膜的方法。不过，后来的一些镜片设计要求，不需要双面膜。因此，必须将另一面清洗掉，增加了成本和环保的负担。

　　喷镀法则是把配置好的膜溶液装在喷枪上，喷在玻璃表面，并烘干和定型。玻璃载体可以是移动或旋转，以增加膜的均匀性。可镀双面或单面。以此方法延生的还有一种甩胶法。将溶液滴至镜片ZX，利用镜片高速旋转的离心力，将溶液均匀的“抛”在表面上。以现在的观点来看，化学镀膜的好处，在于其设备投资低，因此它仍然是镀有机膜的一种常用且成本低廉的方法。

　　化学镀膜法具有价格低，操作容易等优点，但也有相对污染较大，无法镀多层膜的缺点。新一代的镀膜技术改用物理方式，以真空蒸镀、离子镀等多种不同的形式进行。

　　物理镀膜的过程是在真空条件下，利用气体放电使工作气体或被蒸发物质(膜材)部分离化，在工作气体离子或被蒸发物质的离子轰击作用下，把蒸发物或其反应物沉淀积在被镀基片表面的过程。物理镀膜的强度和均匀性普遍高于化学镀膜，而且Z重要的是物理镀膜可以进行多层镀膜，而化学镀膜受限于其工作原理基本只能实现单层镀膜。

　　二、尼康的纳米结晶涂层镀膜

　　进入21世纪，CCD和CMOS逐渐替代了胶片，半导体成像性质与化学颗粒完全是两回事，因此，人们对镜头镀膜的要求也发生了变化，因为感光原件本身也会反射光线，所以更加需要避免鬼影和眩光。

　　与一直以来镀膜依靠反射光干涉的原理不同，纳米结晶涂层是依靠纳米级别的微小结晶粒子与间隙中的空气相互作用，降低折射率并使其变得更加稳定。折射率下降了，反射光也就随之减弱。对于大于入射角的光线来说这是一项具有革命性意义的镀膜技术，使得镜头镀膜技术迈进了一个新时代。

　　以往就算镜头采用高性能的多层镀膜，也会有肉眼可以看到的微量反射，但是如果采用纳米结晶涂层，那反射就微乎其微，肉眼几乎辨识不出。看一下与以前的镀膜进行比较的照片，其不同之处就一目了然了。从左开始依次是未镀膜、多层镀膜(尼康超级镀膜)和纳米结晶涂层。

　　奇妙的是，纳米结晶涂层看起来像是只加了一片玻璃，但实际上这其中包括了11层滤色片一样薄的玻璃。这样惊人的鲜明度，你怎么也想不到是通过11层玻璃实现的吧。由于它，造成数码相机影像模糊的很大原因——由反射产生的眩光，就得到了极大限度的YZ。这薄薄的纳米结晶涂层真是功不可没。