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光学镀膜技术

光学薄膜在我们的生活中无处不在,从精密及光学设备、显示

器设备到日常生活中的光学薄膜应用;比方说,平时戴的眼镜、

数码相机、各式家电用品,或者是钞票上的防伪技术,皆能被称

之为光学薄膜技术应用之延伸.倘若没有光学薄膜技术作为发

展基础,近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展,这也显

示出光学薄膜技术研究发展的重要性.今天为大家带来的是光

学镀膜的应用原理.

一、光学薄膜的定义

光学薄膜的定义是:涉及光在传播路径过程中,附着在光学器件

表面的厚度薄而均匀的介质膜层,通过分层介质膜层时的反

射、透(折)射和偏振等特性,以达到我们想要的在某一或是多

个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或偏振分离等各

特殊形态的光.

光学薄膜系指在光学元件或独立基板上,制镀上或涂布一层或

多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合,以改变光波之传递

特性,包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变.故

经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率,

亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性.

一般来说,光学薄膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工

艺.所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中,例如真空

蒸镀是在一真空环境中,以电能加热固体原物料,经升华成气体

后附着在一个固体基材的表面上,完成涂布加工.日常生活中所

看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜,就是以干式

涂布方式制造的产品.但是在实际量产的考虑下,干式涂布运用

的范围小于湿式涂布.湿式涂布一般的做法是把具有各种功能

的成分混合成液态涂料,以不同的加工方式涂布在基材上,然后

使液态涂料干燥固化做成产品.

二、薄膜干涉原理

1、光的波动性

19世纪60年代,美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论,指出

光是一种电磁波,使波动说发展到了相当完美的地步.

由光的波粒二象性可知,光同无线电波、X射线、一样都是电

磁波,只是它们的频率不同.电磁波的波长λ、频率u和传播

速率V三者之间的关系为:

V=λu

由于各种频率的电磁波在真空中的传播速度相等,所以频率不

同的电磁波,它们的波长也就不同.频率高的波长短,频率低的

波长长.为了便于比较,可以按照无线电波、红外线、可见光、

紫外线、X射线和伽玛射线等的波长(或频率)的大小,把它们

依次排成一个谱,这个谱叫电磁波谱.

在电磁波谱中,波长最长的是无线电波,无线电波又因波长的不

同而分为长波、中波、短波、超短波和微波等.其次是红外

线、可见光和紫外线,这三部分合称光辐射.在所有的电磁波中,

只有可见光可以被人眼所看到.可见光的波长约在0.76微米到

0.40微米之间,仅占电磁波谱中很小的一部分.再次是X射线.

波长最短的电磁波是y射线.

光既然是一种电磁波,所以在传播过程中,应该表现出所具有的

特征干涉、衍射、偏振等现象.

2、薄膜干涉

薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层.入

射光经薄膜上表面反射后的第一束光,折射光经薄膜下表面反

射,又经上表面折射后得第二束光,这两束光在薄膜的同侧,由

同一入射振动分出,是相干光,属分振幅干涉.若光源为扩展光

源(面光源),则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干

涉,故属定域干涉.对两表面互相平行的平面薄膜,干涉条纹定

域在无穷远,通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察;对楔形

薄膜,干涉条纹定域在薄膜附近.

实验和理论都证明,只有两列光波具有一定关系时,才能产生干

涉条纹,这些关系称为相干条件.薄膜的相干条件包括三点:两

束光波的频率相同;束光波的震动方向相同;两束光波的相位差

保持恒定.

薄膜干涉两相干光的光程差公式为:

Δ=ntcos(α)±λ/2

式中n为薄膜的折射率;t为入射点的薄膜厚度;α为薄膜内的

折射角;λ/2是由于两束相干光在性质不同的两个界面(一个

是光疏介质到光密介质,另一个是光密介质到光疏介质)上反射

而引起的附加光程差.薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检

验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的

制备等.

光是由光源中原子或分子的运动状态发生变化辐射出来的,每

个原子或分子每一次发出的光波,只有短短的一列,持续时间约

为10亿秒对于两个独立的光源来说,产生干涉的三个条件,特

别是相位相同或相位差恒定不变这个条件,很不容易满足,所以

两个独立的一般光源是不能构成相干光源的.不仅如此,即使是

同一个光源上不同部分发出的光,由于它们是不同的原子或分

子所发出的,一般也

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