光學薄膜是改變光學零件表麵特征而鍍在光學零件表麵上的一層或多層膜。可以是金屬膜
、介jie質zhi膜mo或huo這zhe兩liang類lei膜mo的de組zu合he。光guang學xue薄bo膜mo是shi各ge種zhong先xian進jin光guang電dian技ji術shu中zhong不bu可ke缺que少shao的de一yi部bu分fen
，它ta不bu僅jin能neng改gai善shan係xi統tong性xing能neng，而er且qie是shi滿man足zu設she計ji目mu標biao的de必bi要yao手shou段duan

，光guang學xue薄bo膜mo的de應ying用yong領ling域yu設she及ji光guang學xue係xi統tong的de各ge個ge方fang麵mian，包bao括kuo激ji光guang係xi統tong
，光guang通tong信xin，光guang顯xian示shi
，光guang儲chu存cun等deng，主zhu要yao的de光guang學xue薄bo膜mo器qi件jian包bao括kuo反fan射she膜mo
、減反射膜、偏振膜、幹涉濾光片和分光鏡等等。

一
、光學薄膜的定義

由薄的分層介質構成的，通過界麵傳播光束一類光學介質材料
，光學薄膜的應用始於20 世紀30年代，光學薄膜已經廣泛用於光學和光電子技術領域，製造各種光學儀器。製備條要求件高而精。

光學薄膜的定義是：涉及光在傳播路徑過程中

，附著在光學器件表麵的厚度薄而均勻的介質膜層
，通過分層介質膜層時的反射、透(折)射和偏振等特性
，以達到我們想要的在某一或是多個波段範圍內的光的全部透過或光的全部反射或偏振分離等各特殊形態的光。

光學薄膜在我們的生活中無處不在
，從精密及光學設備、顯示器設備到日常生活中的光學薄膜應用;比方說，平時戴的眼鏡、數碼相機、各式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術，皆能被稱之為光學薄膜技術應用之延伸。倘若沒有光學薄膜技術作為發展基礎
，近代光電、通訊或是鐳射技術將無法有所進展，這也顯示出光學薄膜技術研究發展的 重要性。

光(guang)學(xue)薄(bo)膜(mo)係(xi)指(zhi)在(zai)光(guang)學(xue)元(yuan)件(jian)或(huo)獨(du)立(li)基(ji)板(ban)上(shang)，製(zhi)鍍(du)上(shang)或(huo)塗(tu)布(bu)一(yi)層(ceng)或(huo)多(duo)層(ceng)介(jie)電(dian)質(zhi)膜(mo)或(huo)金(jin)屬(shu)膜(mo)或(huo)這(zhe)兩(liang)類(lei)膜(mo)的(de)組(zu)合(he)，以(yi)改(gai)變(bian)光(guang)波(bo)之(zhi)傳(chuan)遞(di)特(te)性(xing)
，包(bao)括(kuo)光(guang)的(de)透(tou)射(she)、反射、吸收
、散射、偏振及相位改變。故經由適當設計可以調變不同波段元件表麵之穿透率及反射率
，亦可以使不同偏振平麵的光具有不同的特性。

一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，光(guang)學(xue)薄(bo)膜(mo)的(de)生(sheng)產(chan)方(fang)式(shi)主(zhu)要(yao)分(fen)為(wei)幹(gan)法(fa)和(he)濕(shi)法(fa)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)。所(suo)謂(wei)的(de)幹(gan)式(shi)就(jiu)是(shi)沒(mei)有(you)液(ye)體(ti)出(chu)現(xian)在(zai)整(zheng)個(ge)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)，例(li)如(ru)真(zhen)空(kong)蒸(zheng)鍍(du)是(shi)在(zai)一(yi)真(zhen)空(kong)環(huan)境(jing)中(zhong)，以(yi)電(dian)能(neng)加(jia)熱(re)固(gu)體(ti)原(yuan)物(wu)料(liao)，經(jing)升(sheng)華(hua)成(cheng)氣(qi)體(ti)後(hou)附(fu)著(zhe)在(zai)一(yi)個(ge)固(gu)體(ti)基(ji)材(cai)的(de)表(biao)麵(mian)上(shang)，完(wan)成(cheng)塗(tu)布(bu)加(jia)工(gong)。日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)中(zhong)所(suo)看(kan)到(dao)裝(zhuang)飾(shi)用(yong)的(de)金(jin)色(se)
、銀yin色se或huo具ju金jin屬shu質zhi感gan的de包bao裝zhuang膜mo，就jiu是shi以yi幹gan式shi塗tu布bu方fang式shi製zhi造zao的de產chan品pin。但dan是shi在zai實shi際ji量liang產chan的de考kao慮lv下xia，幹gan式shi塗tu布bu運yun用yong的de範fan圍wei小xiao於yu濕shi式shi塗tu布bu。濕shi式shi塗tu布bu一yi般ban的de做zuo法fa是shi把ba具ju有you各ge種zhong功gong能neng的de成cheng分fen混hun合he成cheng液ye態tai塗tu料liao，以yi不bu同tong的de加jia工gong方fang式shi塗tu布bu在zai基ji材cai上shang，然ran後hou使shi液ye態tai塗tu料liao幹gan燥zao固gu化hua做zuo成cheng產chan品pin。

二
、薄膜幹涉原理

1、光的波動性

19世紀60年代，美國物理學家麥克斯韋發展了電磁理論，指出光是一種電磁波，使波動說發展到了相當完美的地步。

由光的波粒二象性可知
，光同無線電波
、X射線、?射線一樣都是電磁波
，隻是它們的頻率不同。電磁波的波長λ、頻率u和傳播速率V三者之間的關係為：

V=λu

由(you)於(yu)各(ge)種(zhong)頻(pin)率(lv)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)在(zai)真(zhen)空(kong)中(zhong)德(de)傳(chuan)播(bo)速(su)度(du)相(xiang)等(deng)

，所(suo)以(yi)頻(pin)率(lv)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)，它(ta)們(men)的(de)波(bo)長(chang)也(ye)就(jiu)不(bu)同(tong)。頻(pin)率(lv)高(gao)的(de)波(bo)長(chang)短(duan)
，頻(pin)率(lv)低(di)的(de)波(bo)長(chang)長(chang)。為(wei)了(le)便(bian)於(yu)比(bi)較(jiao)，可(ke)以(yi)按(an)照(zhao)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)、紅外線、可見光
、紫外線

、X射線和? 射線等的波長(或頻率)的大小，把它們依次排成一個譜，這個譜叫電磁波譜。

在電磁波譜中，波長最長的是無線電波
，無線電波又因波長的不同而分為長波、中波
、短波、超短波和微波等。其次是紅外線、可見光和紫外線，這三部分合稱光輻射。在所有的電磁波中，隻有可見光可以被人眼所看到。可見光的波長約在0.76微米到0.40微米之間，僅占電磁波譜中很小的一部分。再次是X射線。波長最短的電磁波是y射線。

光既然是一種電磁波

，所以在傳播過程中，應該變現出所具有的特征-----幹涉、衍射
、偏振等現象。
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2
、薄膜幹涉

薄膜可以是透明固體、yetihuoyouliangkuaibolisuojiadeqitiboceng。rusheguangjingbomoshangbiaomianfanshehoudediyishuguang，zhesheguangjingbomoxiabiaomianfanshe，youjingshangbiaomianzheshehoudediershuguang
，zheliangshuguangzaibomodetongce
，youtongyirushezhendongfenchu，shixiangganguang，shufenzhenfuganshe。ruoguangyuanweikuozhanguangyuan(麵光源)，則(ze)隻(zhi)能(neng)在(zai)兩(liang)相(xiang)幹(gan)光(guang)束(shu)的(de)特(te)定(ding)重(zhong)疊(die)區(qu)才(cai)能(neng)觀(guan)察(cha)到(dao)幹(gan)涉(she)
，故(gu)屬(shu)定(ding)域(yu)幹(gan)涉(she)。對(dui)兩(liang)表(biao)麵(mian)互(hu)相(xiang)平(ping)行(xing)的(de)平(ping)麵(mian)薄(bo)膜(mo)

，幹(gan)涉(she)條(tiao)紋(wen)定(ding)域(yu)在(zai)無(wu)窮(qiong)遠(yuan)，通(tong)常(chang)借(jie)助(zhu)於(yu)會(hui)聚(ju)透(tou)鏡(jing)在(zai)其(qi)像(xiang)方(fang)焦(jiao)麵(mian)內(nei)觀(guan)察(cha);對楔形薄膜，幹涉條紋定域在薄膜附近。

實驗和理論都證明

，隻有兩列光波具有一定關係時，才能產生幹涉條紋
，這些關係稱為相幹條件。薄膜的想幹條件包括三點： 兩束光波的頻率相同; 束光波的震動方向相同; 兩束光波的相位差保持恒定。

薄膜幹涉兩相幹光的光程差公式為：

Δ=ntcos(α) ± λ/2

式中n為薄膜的折射率;t為入射點的薄膜厚度;α為薄膜內的折射角;λ/2是由於兩束相幹光在性質不同的兩個界麵(一個是光疏介質到光密介質
，另一個是光密介質到光疏介質)上反射而引起的附加光程差。薄膜幹涉原理廣泛應用於光學表麵的檢驗
、微小的角度或線度的精密測量、減反射膜和幹涉濾光片的製備等。

光是由光源中原子或分子的運動狀態發生變化輻射出來的，每個原子或分子每一次發出的光波，隻有短短的一列，持續時間約為10億秒對於兩個獨立的光源來說
，產生幹涉的三 個ge條tiao件jian


，特te別bie市shi相xiang位wei相xiang同tong或huo相xiang位wei差cha恒heng定ding不bu變bian這zhe個ge條tiao件jian

，很hen不bu容rong易yi滿man足zu，所suo以yi兩liang個ge獨du立li的de一yi般ban光guang源yuan是shi不bu能neng構gou成cheng相xiang幹gan光guang源yuan的de。不bu僅jin如ru此ci，即ji使shi是shi同tong一yi個ge光guang源yuan上shang不bu同tong部bu分fen發fa出chu的de光guang
，由you於yu它ta們men是shi不bu同tong的de原yuan子zi或huo分fen子zi所suo發fa出chu的de
，一yi般ban也ye不bu會hui幹gan涉she。

3
、光學薄膜特點分類

主要的光學薄膜器件包括反射膜、減反射膜、偏振膜、幹(gan)涉(she)濾(lv)光(guang)片(pian)和(he)分(fen)光(guang)鏡(jing)等(deng)等(deng)，它(ta)們(men)在(zai)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)和(he)國(guo)防(fang)建(jian)設(she)中(zhong)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)
，獲(huo)得(de)了(le)科(ke)學(xue)技(ji)術(shu)工(gong)作(zuo)者(zhe)的(de)日(ri)益(yi)重(zhong)視(shi)。例(li)如(ru)采(cai)用(yong)減(jian)反(fan)射(she)膜(mo)後(hou)可(ke)使(shi)複(fu)雜(za)的(de)光(guang)學(xue)鏡(jing)頭(tou)的(de)光(guang)通(tong)量(liang)損(sun)失(shi)成(cheng)十(shi)倍(bei)的(de)減(jian)小(xiao);采用高反射膜比的反射鏡可使激光器的輸出功率成倍提高;利用光學薄膜可提高矽電池的效率和穩定性。

最簡單的光學薄膜模型是表麵光滑
、各(ge)向(xiang)同(tong)性(xing)的(de)均(jun)勻(yun)介(jie)質(zhi)膜(mo)層(ceng)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，可(ke)以(yi)用(yong)光(guang)的(de)幹(gan)涉(she)理(li)論(lun)來(lai)研(yan)究(jiu)光(guang)學(xue)薄(bo)膜(mo)的(de)光(guang)學(xue)性(xing)質(zhi)。當(dang)一(yi)束(shu)單(dan)色(se)光(guang)平(ping)麵(mian)波(bo)入(ru)射(she)到(dao)光(guang)學(xue)薄(bo)膜(mo)上(shang)時(shi)，在(zai)它(ta)的(de)兩(liang)個(ge)表(biao)麵(mian)上(shang)發(fa)生(sheng)多(duo)次(ci)反(fan)射(she)和(he)折(zhe)射(she)，反(fan)射(she)光(guang)和(he)折(zhe)射(she)光(guang)的(de)方(fang)向(xiang)有(you)反(fan)射(she)定(ding)律(lv)和(he)折(zhe)射(she)定(ding)律(lv)給(gei)出(chu)
，反(fan)射(she)光(guang)合(he)折(zhe)射(she)光(guang)的(de)振(zhen)幅(fu)大(da)小(xiao)則(ze)有(you)菲(fei)涅(nie)爾(er)公(gong)式(shi)確(que)定(ding)。

光學薄膜根據其用途分類、特性與應用可分為：反射膜、增透膜/減反射膜、濾光片、偏光片/偏光膜、補償膜/相位差板

、配向膜、擴散膜/片、增亮膜/棱鏡片/聚光片、遮光膜/黑白膠等。相關衍生的種類有光學級保護膜
、窗膜等。

光學薄膜的特點是：表麵光滑

，膜層之間的界麵呈幾何分割;膜層的折射率在界麵上可以發生躍變，但在膜層內是連續的;可以是透明介質
，也可以是吸收介質;可以是法向均勻的，也可以是法向不均勻的。實際應用的薄膜要比理想薄膜複雜得多。這是因為：製備時，薄膜的光學性質和物理性質偏離大塊材料
，起表麵和界麵是粗糙的
，從而導致光束的漫反射;膜層之間的相互滲透形成擴散界麵;由於膜層的生長、結構、應力等原因，形成了薄膜的各種向異性;膜層具有複雜的時間效應。

反fan射she膜mo一yi般ban可ke分fen為wei兩liang類lei，一yi類lei是shi金jin屬shu反fan射she膜mo，一yi類lei是shi全quan電dian介jie質zhi反fan射she膜mo。此ci外wai，還hai有you將jiang兩liang者zhe結jie合he的de金jin屬shu電dian介jie質zhi反fan射she膜mo
，功gong能neng是shi增zeng加jia光guang學xue表biao麵mian的de反fan射she率lv。

一(yi)般(ban)金(jin)屬(shu)都(dou)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)的(de)消(xiao)光(guang)係(xi)數(shu)。當(dang)光(guang)束(shu)由(you)空(kong)氣(qi)入(ru)射(she)到(dao)金(jin)屬(shu)表(biao)麵(mian)時(shi)，進(jin)入(ru)金(jin)屬(shu)內(nei)的(de)光(guang)振(zhen)幅(fu)迅(xun)速(su)衰(shuai)減(jian)
，使(shi)得(de)進(jin)入(ru)金(jin)屬(shu)內(nei)部(bu)的(de)光(guang)能(neng)相(xiang)應(ying)減(jian)少(shao)
，而(er)反(fan)射(she)光(guang)能(neng)增(zeng)加(jia)。消(xiao)光(guang)係(xi)數(shu)越(yue)大(da)，光(guang)振(zhen)幅(fu)衰(shuai)減(jian)越(yue)迅(xun)速(su)，進(jin)入(ru)金(jin)屬(shu)內(nei)部(bu)的(de)光(guang)能(neng)越(yue)少(shao)
，反(fan)射(she)率(lv)越(yue)高(gao)。人(ren)們(men)總(zong)是(shi)選(xuan)擇(ze)消(xiao)光(guang)係(xi)數(shu)較(jiao)大(da)，光(guang)學(xue)性(xing)質(zhi)較(jiao)穩(wen)定(ding)的(de)金(jin)屬(shu)作(zuo)為(wei)金(jin)屬(shu)膜(mo)材(cai)料(liao)。在(zai)紫(zi)外(wai)區(qu)常(chang)用(yong)的(de)金(jin)屬(shu)薄(bo)材(cai)料(liao)是(shi)鋁(lv)，在(zai)可(ke)見(jian)光(guang)區(qu)常(chang)用(yong)鋁(lv)和(he)銀(yin)，在(zai)紅(hong)外(wai)區(qu)常(chang)用(yong)金(jin)、銀和銅，此外
，鉻和鉑也常作一些特種薄膜的膜料。由於鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能
，所以必須用電介質膜加以保護。常用的保護膜材料有一氧化矽、氟化鎂
、二氧化矽
、三氧化二鋁等。

金屬反射膜的優點是製備工藝簡單，工作的波長範圍寬;缺(que)點(dian)是(shi)光(guang)損(sun)大(da)，反(fan)射(she)率(lv)不(bu)可(ke)能(neng)很(hen)高(gao)。為(wei)了(le)使(shi)金(jin)屬(shu)反(fan)射(she)膜(mo)的(de)反(fan)射(she)率(lv)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)，可(ke)以(yi)在(zai)膜(mo)的(de)外(wai)側(ce)加(jia)鍍(du)幾(ji)層(ceng)一(yi)定(ding)厚(hou)度(du)的(de)電(dian)介(jie)質(zhi)層(ceng)
，組(zu)成(cheng)金(jin)屬(shu)電(dian)介(jie)質(zhi)反(fan)射(she)膜(mo)。需(xu)要(yao)指(zhi)出(chu)的(de)是(shi)，金(jin)屬(shu)電(dian)介(jie)質(zhi)射(she)膜(mo)增(zeng)加(jia)了(le)某(mou)一(yi)波(bo)長(chang)(或者某一波區)的反射率
，卻破壞了金屬膜中性反射的特點。

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