雖然薄膜的光學(xué)現(xiàn)象早在17世紀(jì)就為人們所注意，但是把光學(xué)薄膜作為一個(gè)課題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究卻開(kāi)始于20世紀(jì)30年代以后，這主要因?yàn)檎婵占夹g(shù)的發(fā)展給各種光學(xué)薄膜的制備提供了先決條件。發(fā)展到今日，光學(xué)薄膜已得到很大發(fā)展，光學(xué)薄膜的生產(chǎn)已逐步走向系列化、程序化和專(zhuān)業(yè)化，但是，在光學(xué)薄膜的研究中還有不少問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，光學(xué)薄膜現(xiàn)有的水平在不少工作中還不能滿足要求，需要提高。在理論上，不但薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理需要搞清光學(xué)薄膜，而且薄膜的光學(xué)理論，特別是應(yīng)用于極短波段的光學(xué)理論也有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。在工藝上，人們還缺乏有效的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜淀積參量的精確控制，這樣，薄膜的生長(zhǎng)就具有一定程度的隨機(jī)性，薄膜的光學(xué)常數(shù)、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不穩(wěn)定性和盲目性，這一切都限制了光學(xué)薄膜質(zhì)量的提高。所以，光學(xué)薄膜發(fā)展至今也可以說(shuō)是一個(gè)飛躍性的進(jìn)步了，今天首先賡旭光電小編和大家一起來(lái)認(rèn)識(shí)一下生活當(dāng)中常見(jiàn)的幾種光學(xué)薄膜。
又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學(xué)表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統(tǒng)的雜散光。
最簡(jiǎn)單的增透膜是單層膜，它是鍍?cè)诠鈱W(xué)零件光學(xué)表面上的一層折射率較低的薄膜。當(dāng)薄膜的折射率低于基體材料的折射率時(shí),兩個(gè)界面的反射系數(shù)r1和r2具有 相同的
位相變化。如果膜層的光學(xué)厚度是某一波長(zhǎng)的四分之一，相鄰兩束光的光程差恰好為π,即振動(dòng)方向相反，疊加的結(jié)果使光學(xué)表面對(duì)該波長(zhǎng)的反射光減少。適當(dāng)選擇膜層的折射率，使得r1和r2相等，這時(shí)光學(xué)表面的反射光可以完全消除。
一般情況下，采用單層增透膜很難達(dá)到理想的增透效果,為了在單波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)零反射,或在較寬的光譜區(qū)達(dá)到好的增透效果，往往采用雙層、三層甚至更多層數(shù)的減反射膜。圖1的a、b、c分別繪出Kg玻璃表面的單層、雙層和三層增透膜的剩余反射曲線。
減反射膜是應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的一種光學(xué)薄膜，因此，它至今仍是光學(xué)薄膜技術(shù)中重要的研究課題，研究的重點(diǎn)是尋找新材料，設(shè)計(jì)新膜系,改進(jìn)淀積工藝,使之用最少的層數(shù)，最簡(jiǎn)單、最穩(wěn)定的工藝，獲得盡可能高的成品率，達(dá)到最理想的效果。對(duì)激光薄膜來(lái)說(shuō)，減反射膜是激光損傷的薄弱環(huán)節(jié)，如何提高它的破壞強(qiáng)度，也是人們最關(guān)心的問(wèn)題之一。
它的功能是增加光學(xué)表面的反射率。反射膜一般可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是金屬反射膜，一類(lèi)是全電介質(zhì)反射膜。此外，還有把兩者結(jié)合起來(lái)的金屬電介質(zhì)反射膜。
一般金屬都具有較大的消光系數(shù)，當(dāng)光束由空氣入射到金屬表面時(shí)，進(jìn)入金屬內(nèi)部的光振幅迅速衰減，使得進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能相應(yīng)減少，而反射光能增加。消光系數(shù)越大，光振幅衰減越迅速，進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能越少，反射率越高。人們總是選擇消光系數(shù)較大，光學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的那些金屬作為金屬膜材料。在紫外區(qū)常用的金屬薄膜材料是鋁，在可見(jiàn)光區(qū)常用鋁和銀，在紅外區(qū)常用金、銀和銅，此外，鉻和鉑也常用作一些特種薄膜的膜料。由于鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能，所以必須用電介質(zhì)膜加以保護(hù)。常用的保護(hù)膜材料有一氧化硅、氟化鎂、二氧化硅、三氧化二鋁等。金屬反射膜的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，工作的波長(zhǎng)范圍寬；缺點(diǎn)是光損耗大，反射率不可能很高。為了使金屬反射膜的反射率進(jìn)一步提高，可以在膜的外側(cè)加鍍幾層一定厚度的電介質(zhì)層，組成金屬電介質(zhì)反射膜。需要指出的是，金屬電介質(zhì)反射膜增加了某一波長(zhǎng)（或者某一波區(qū)）的反射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特點(diǎn)。
全電介質(zhì)反射膜是建立在多光束干涉基礎(chǔ)上的。與增透膜相反，在光學(xué)表面上鍍一層折射率高于基體材料的薄膜，就可以增加光學(xué)表面的反射率。最簡(jiǎn)單的多層反射膜是由高、低折射率的二種材料交替蒸鍍而成的,每層膜的光學(xué)厚度為某一波長(zhǎng)的四分之一。在這種條件下，參加疊加的各界面上的反射光矢量，振動(dòng)方向相同。合成振幅隨著薄膜層數(shù)的增加而增加。圖2給出這種反射膜的反射率隨著層數(shù)而變化的情形。
原則上說(shuō)，全電介質(zhì)反射膜的反射率可以無(wú)限接近于1，但是薄膜的散射、吸收損耗限制了薄膜反射率的提高。迄今為止，優(yōu)質(zhì)激光反射膜的反射率雖然已超過(guò)99.9%，但有一些工作還要求它的反射率繼續(xù)提高。應(yīng)用于強(qiáng)激光系統(tǒng)的反射膜，則更強(qiáng)調(diào)它的抗激光強(qiáng)度，圍繞提高這類(lèi)薄膜的抗激光強(qiáng)度所開(kāi)展的工作，使這類(lèi)薄膜的研究更加深入。
是種類(lèi)最多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類(lèi)光學(xué)薄膜。它的主要功能是分割光譜帶。最常見(jiàn)的干涉濾光片是截止濾光片和帶通濾光片。截止濾光片可以把所考慮的光譜區(qū)分成兩部分，一部分不允許光通過(guò)（稱為截止區(qū)），另一部分要求光充分通過(guò)（稱為帶通區(qū)）。按照通帶在光譜區(qū)的位置又可分為長(zhǎng)波通和短波通二種，它們最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)分別為，這里H、L分別表示厚的高、低折射率層，m為周期數(shù)。具有以上結(jié)構(gòu)的膜系稱為對(duì)稱周期膜系。如果所考慮的光譜區(qū)很寬或通帶透過(guò)率的波紋要求很高，膜系結(jié)構(gòu)會(huì)更加復(fù)雜。
帶通濾光片只允許光譜帶中的一段通過(guò)，而其他部分全部被濾掉,按照它們結(jié)構(gòu)的不同可分為法布里-珀羅型濾光片、多腔濾光片和誘增透濾光片。法布里－珀羅型濾光片
的結(jié)構(gòu)與法－珀標(biāo)準(zhǔn)具（見(jiàn)法布里－珀羅干涉儀）相同，因?yàn)橛伤@得的透過(guò)光譜帶都比較窄，所以又叫窄帶干涉濾光片。這種濾光片的透過(guò)率對(duì)薄膜的損耗非常敏感，所以制備透過(guò)率很高、半寬度又很窄的濾光片是很困難的。多腔濾光片又叫矩形濾光片，它可以做窄帶帶通濾光片，又可以做寬帶帶通濾光片，制備波區(qū)較寬，透過(guò)率高，波紋小的多腔濾光片同樣是困難的。
誘增透濾光片是在金屬膜兩邊匹配以適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)膜系，以增加勢(shì)透過(guò)率，減少反射，使通帶透過(guò)率增加的一類(lèi)濾光片。雖然它的通帶性能不如全電介質(zhì)法－珀濾光片,卻有著很寬的截止特性,所以還是有很大的應(yīng)用價(jià)值。特別在紫外區(qū)，一般電介質(zhì)材料吸收都比較大的情況下,它的優(yōu)越性就更明顯了。圖3的a、b、c分別給出法布里-珀羅型濾光片、多腔濾光片和誘增透濾光片的典型曲線。
根據(jù)一定的要求和一定的方式把光束分成兩部分的薄膜。分光膜主要包括波長(zhǎng)分光膜、光強(qiáng)分光膜和偏振分光膜等幾類(lèi)。
波長(zhǎng)分光膜又叫雙色分光膜，顧名思義它是按波長(zhǎng)區(qū)域把光束分成兩部分的薄膜。這種膜可以是一種截止濾光片或帶通濾光片，所不同的是，波長(zhǎng)分光膜不僅要考慮透過(guò)光而且要考慮反射光，二者都要求有一定形狀的光譜曲線。波長(zhǎng)分光膜通常在一定入射角下使用，在這種情況下,由于偏振的影響，光譜曲線會(huì)發(fā)生畸變,為了克服這種影響，必須考慮薄膜的消偏振問(wèn)題。
光強(qiáng)分光膜是按照一定的光強(qiáng)比把光束分成兩部分的薄膜，這種薄
膜有時(shí)僅考慮某一波長(zhǎng)，叫做單色分光膜；有時(shí)需要考慮一個(gè)光譜區(qū)域叫做寬帶分光膜；用于可見(jiàn)光的寬帶分光膜，又叫做中性分光膜。這種膜也常在斜入射下應(yīng)用，由于偏振的影響，二束光的偏振狀態(tài)可以相差很多,在有些工作中，可以不考慮這種差別,但在另一些工作中（例如某些干涉儀），則要求兩束光都是消偏振的，這就需要設(shè)計(jì)和制備消偏振膜。
偏振分光膜是利用光斜入射時(shí)薄膜的偏振效應(yīng)制成的。偏振分光膜可以分成棱鏡型和平板型兩種。棱鏡型偏振膜利用布儒斯特角入射時(shí)界面的偏振效應(yīng)（見(jiàn)光在分界面上的折射和反射）。當(dāng)光束總是以布儒斯特角入射到兩種材料界面時(shí)，則不論薄膜層數(shù)有多少，其水平方向振動(dòng)的反射光總為零，而垂直分量振動(dòng)的光則隨薄膜層數(shù)的增加而增加，只要層數(shù)足夠多，就可以實(shí)現(xiàn)透過(guò)光束基本是平行方向振動(dòng)的光，而反射光束基本上是垂直方向振動(dòng)的光，從而達(dá)到偏振分光的目的，由于由空氣入射不可能達(dá)到兩種薄膜材料界面上的布儒斯特角，所以薄膜必須鍍?cè)诶忡R上，這時(shí)入射介質(zhì)不是空氣而是玻璃。平板型偏振膜主要是利用在斜入射時(shí)由電介質(zhì)反射膜兩個(gè)偏振分量的反射帶帶寬的不同而制成的。一般高反射膜，隨著入射角的增大，垂直分量的反射帶寬逐漸增大，而平行分量的帶寬逐漸減少。選擇垂直分量的高反射區(qū)、平行分量的高透過(guò)區(qū)為工作區(qū)則可構(gòu)成透過(guò)平行分量反射垂直分量的偏振膜，這種偏振膜的入射角一般選擇在基體的布儒斯特角附近。棱鏡型偏振膜工作的波長(zhǎng)范圍比較寬，偏振度也可以做得比較高，但它制備較麻煩，不易做得大，抗激光強(qiáng)度也比較低。平板型偏振片工作的波長(zhǎng)區(qū)域比較窄，但它可以做得很大，抗激光強(qiáng)度也比較高，所以經(jīng)常用在強(qiáng)激光系統(tǒng)中。
