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科普一下光学薄膜

2017-9-8 17:21:05 点击:

什么是光学薄膜?光学薄膜与光的干涉有什么关系呢?我们可以这么说光学薄膜就是能引起光的干涉现象的膜层!

既然叫光学薄膜那么它的主要特征就是,那么要薄到什么程度呢?简单地说就是需要和波长差不多。

讲光学薄膜之前我们需要先了解一下光的干涉。

什么叫光的干涉?

当2个或多个光波光束在空间叠加时,在叠加区域内出现的各点强度稳定的强弱分布现象。

干涉产生的条件:

1、光波产生的相位差固定不变

2、光波的振幅不能相互垂直

3、光波的频率要一致


镀膜技术密切相关的产业

  • 眼镜镀膜----AR 

  • 幕墙玻璃----AR

  • 滤光片

  • 液晶领域----ITO膜

  • 车灯冷光镜舞台灯光滤光片

  • 光通信领域:DWDM光纤薄膜器件

  • 红外膜

  • 激光领域----激光反射腔高反射膜

  • CD、DVD驱动器

  • 投影显示

  • 数码领域

光学薄膜在光学系统中的作用

  • 提高光学效率 减少杂光 如高效减反射膜 高反射膜。

  • 实现光束的调整或再分配。如分束膜,分色膜,偏振分光膜就是根据不同需要行能量再分配的光学元件。

  • 通过波长的选择性透过提高系统信噪比 如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。

  • 实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等。

光学薄膜的类型

我们根据其作用,可以简单的分为

1 、减反射膜或者叫增透膜

2 、分束膜

3 、反射膜

4 、滤光片

5 、其他特殊应用的膜


下面我们来分别介绍一下这几种膜系。

一、减反膜

1、减反膜的作用:

  • 增加光学系统透过率

  • 减少杂散光

  • 提高像质

  • 增加作用距离

2、减反膜分类

  • 单层减反膜

  • 双层减反膜

  • 多层减反膜

3、减反膜几个重要的技术指标

  •  使用的波段

  • 使用的角度或者角度范围

  • 剩余反射率要求

  •  使用环境

  • 在激光领域还有激光阈值要求


    二.滤光片

    一般我们把改变光束性质或者颜色的膜叫做滤光膜。常见的有:干涉截止滤光片、带通滤光片、金属滤光片、负滤光片

    1、干涉截止滤光片
    要求某一波长范围的光束高透,而偏离这一区域的光束骤然变为截止——我们把这种类型的膜叫干涉截止滤光片。此类膜有着广泛的用途,例如照明上用的冷光碗上的冷光膜,舞厅里色彩变幻的旋转灯以及我们在做的IRCUT都属于此类。

    干涉截止滤光片的几个重要指标:

    • 透射曲线开始上升(或下降)时的波长以及此曲线上升(或下降)的许可斜率。

    • 高透射带的光谱宽度 平均透射率以及在此透射带内许可的最小透射率。

    • 具有低透射率的反射带(抑制带)的光谱宽度以及在此范围内所许可的最大透射率。

      三.分束膜

      一般来讲,分束膜总是倾斜使用,常用的是45度。分束膜有两种,中性分束膜(也就是一般讲的消偏振NPBS)、偏振分束膜(也就是通常讲的PBS)。中性分束镜有两种结构:平板型和棱镜型。而PBS一般都用棱镜,平板结构由于不可避免的象散问题所以只用于中低要求的光学装置。

      分束膜根据镀膜材料还有金属分束镜和介质分束镜两种。两种分束镜各有各的优缺点,可以根据不同的使用要求和工艺水平采用不同的类型。

      金属分束镜的优缺点:
      优点:中性好、光谱范围宽、偏振效应小、制作简单。
      缺点:吸收大、激光阈值低。
      使用注意事项:光的入射方向。

      介质分束镜的优缺点
      优点:吸收小,几乎可以忽略。
      缺点:光谱范围窄、偏振分离明显、角度效应明显。


      四、带通滤光片

      从光学薄膜的角度来讲,最有意义的进展是1899年出现的法布里-珀珞干涉仪,它是干涉带通滤光片的一种基本结构,而自从1940年出现金属-介质滤光片以来它已经在光学、光谱学、激光、天文物理学等各个领域得到了广泛的应用。

      带通的主要参数:λ0——中心波长,或峰值波长

      Tmax——中心波长透射率,或峰值透射率

      2⊿ λ——透过率为峰值透过率一半的波长宽度,也称通带半宽度,有时也用2⊿λ/λ0表示相对半宽度

      根据膜层的不同 可分为:

      • 金属滤光片

      • 全介质滤光片

      • 双半波、三半波全介质滤光片

      • 金属诱导透射滤光片

      五、反射膜

      在光学薄膜中,反射膜和增透膜几乎同样重要。对于光学仪器中的反射系统来说,一般单纯金属膜的特性大都已经满足常用要求。在某些应用中,要求更高的反射率则可用金属增强镜。而全介质多层反射膜,由于这种反射膜具有最大的反射率和最小的吸收率因而在激光应用和一些高要求的系统中得到了广泛的使用。

      金属膜材料的选择原则:

      • 先考虑使用波段要求

      • 反射率要求

      • 使用环境

      • 制作成本等

      常用有Al、Ag、Au、Pt、Rh

      铝:最常用,紫外、可见、红外。

      银:反射率最高、稳定性差。

      金:红外常用、稳定。

      铂、铑:稳定、坚固。


      对于全介质反射镜,理论上只要增加膜系的层数反射率可无限地接近于100% ,实际上由于膜层中的吸收、散射损失,当膜系达到一定层数时继续加镀两层并不能提高其反率,有时甚至由于吸收、散射损失的增加而使反射率下降因此膜系中的吸收和散射损耗限制了介质膜系的最大层数。

      欢迎致电平治光学,沟通了解