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光学镀膜基础知识钟福明2014.11.5PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建为什么要镀膜；1.2什么是光学薄膜；1.3光学薄膜的应用；1.4光学薄膜分类；p镀膜2.1真空度；2.2真空系统的主要结构；2.3蒸发系统；2.4离子源；2.5膜厚监控系统；p镀膜指标3.1镀膜指标测试；3.2国产机温飘；PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建第一篇：光学薄膜简单介绍1.1为什么要镀膜；1.2什么是光学薄膜；1.3光学薄膜的应用；1.4光学薄膜分类PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建为什么要镀膜？l举个简单的例子，比如我们佩带的镀膜眼镜片。为什么要镀膜？Ø减反射膜(增透膜)，为多层膜。•无论树脂或玻璃镜片其透光率都不能达到100%，会有部分光线被镜片的两个表面反射回来，折射率越高的镜片反射率也越高。树脂4%、玻璃4.3%。•镜片的反射可使光线透过率减少并在视网膜形成干扰像而影响成像的质量，并影响配戴者的外观。如镜片外观涡旋明显，照相反光，看不到配戴者的眼睛。等等。Ø防紫外，射线，•还可以选择性地减少某些波段如紫外线、X-射线等等有害射线的透过，以减少这些射线对眼睛的损伤，保护眼睛免受其害。Ø防水、防雾膜。•因减反射膜的技术需要，该膜分子间空隙较大，镜片表面容易藏污纳垢。•防水、防雾膜物质分子颗粒小、分子之间空隙小，使镜片表面更加光洁，增加了防水、防雾、防尘等等防污染等功能。•。。。。。。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建什么是光学薄膜？PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建什么是光学薄膜？•光学薄膜是指在光学零件上沉积一层或多层的厚度薄而均匀的电介质膜或金属膜或电介质与金属膜组合的膜堆。•光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向产生光的干涉现象，人们正是利用这种干涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来人为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。u我们常用的薄膜材料：•电介质薄膜材料：Ta2O5,SiO2,TiO2,Al2O3,MgF2,Nb2O5……•金属薄膜材料：Au，Ag，Cu，Cr/NiPDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建从精密及光学设备、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、各式家电用品等，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、通讯或是雷射技术发展速度，将无法有所进展。可以毫不夸张地说，几乎所有的光学系统、光电系统或光电仪器都离不开光学薄膜的应用。这些都显示出光学薄膜技术研究发展重要性。1.3光学薄膜应用PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建光学薄膜的应用可以分为以下几大类：•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进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、短波通滤光片等。•实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建薄膜的分类光学薄膜种类繁多，按照它们所实现性能不同可以分为:u增透膜（又叫减反膜）AR(Anti-Reflection)能使光学元件减少因反射而损失的光能，从而增加透射光强度的薄膜增透膜的作用：n增加光学系统的通透率n减少杂散光n提高像质n增加作用距离单点AR双点倍频AR宽带ARPDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø附：白片的反射或者透过的计算我们都知道当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时在两介质的分界面上就会产生光的反射,如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为：RTnnnnR-=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+-=121010透射率其中no指入射介质的折射率，空气中no=1;则：R=(1-n1)2/(1+n1)2K9，折射率大概是1.52@632.8nm，垂直入射时的R=（1-1.52）2/（1+1.52）2=（0.52/2.52）2=4.25%T=1-4.25%=95.75%PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建金属膜材料的选择原则：n先考虑使用波段的要求n反射率要求n使用环境n制作成本等n常用有Al，Ag，Au，Pt等材料镀膜太阳镜上镀有反射膜滤除紫外波，以保护眼睛银反射片是一种具有高反射率光学薄膜、反射率可达到96%以上，广泛应用于背光显示模组、LCD背光源、彩屏手机、LCD液晶显示器、手机、电脑、液晶显示器及仪表、仪器领域。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø金属反射膜的选用•铝Al：最常用，紫外、可见、红外•银Ag：反射率最高，稳定性差•金Au：红外常用，稳定•铂Pt、铑Rh：稳定、坚固u抗UV膜：能阻挡阳光中有害紫外线PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø全介质反射膜：✪理论上，只需增加膜系的层数，反射率可无限地趋近100%，实际上由于膜层的吸收（尤其是金属膜），散射损失，当膜系达到一定层数时，继续加加镀膜堆，并不能提高其反射率，有时由于吸收、散射损失的增加而是反射率下降。因此，膜系中的散射，吸收限制了膜堆的最大数目。全反射膜主要用于大功率激光系统中（谐振腔）。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建分束膜•一般来讲，分束膜总是倾斜使用，常以45度为准，分束膜有两种：Ø中性分束膜（NPBS）适用：自然光、圆偏振光。有相应两种分束镜：平板型，胶合棱镜分束镜，作用是使光强尽量分成50/50。Ø偏振分束膜（PBS）应用广泛。一般都用棱镜分束镜。作用是将光分成偏振态不同的两束。•平行板型分束镜分光效率高，偏振效应明显，但分光色散问题明显只用于中低要求的光学装置。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø偏振分光膜（单波长，宽带的PBS)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø消偏振分光膜（单波长，宽带的NPBS)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建滤光片•一般，我们把改变光束性质或颜色的膜叫做滤光膜•常见的有：Ø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至。Ø带通滤光片在一定波段内，只有中间一小段是高透射率的通带，两侧则高反截止（典型：法布里-玻珞滤光片）Ø金属滤光片介质反射膜/间隔层/金属膜/间隔层/介质反射膜(长波无次峰、透射率高)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø干涉截止滤光片•用于分离两个波段，故又称二向色镜。在分色、合色，隔紫外、隔红外等场合运用广泛。•a.性能指标图•b.应用用途：•冷光膜、舞厅里色彩变幻的旋转灯等PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø带通滤光片•带通滤光片•在光学薄膜学，1899年出现的法布里-玻珞干涉仪，是一种最有意义的进展，它是干涉带通滤光片的一种基本结构。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø金属滤光片•金属滤光膜的一般特性曲线•示例图片：PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建的地方是人眼最敏感的區域，顏色為黃綠色。可見光范圍內在小于430nm和大于690nm的范圍是人眼慢慢趨向遲鈍的區域。但如果能量足夠強的時候，人眼還是可以感應到的。在鍍過膜的鏡片上呈現的顏色就是在光譜圖上體現的相對反射較高的波段u可見光及膜色PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建真空度；2.2真空系统的主要结构；2.3热蒸发系统；2.4离子源；2.5膜厚监控系统；PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建光学薄膜技术的分类：•物理气相沉淀（PVD）：俗称真空镀膜，设计物理特性间的能量转换等等。•化学气相沉淀（CVD）：主要是通过相关物质的化学反应而形成满足功能需要求的致密层真空蒸镀离子镀溅射分子束外延等等化学气相沉积电镀电解阳极氧化等等物理方法成膜工艺化学方法PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建真空度Ø真空度：真空状态气体稀薄程度的物理量，采用与压强相同的计量法。真空度的单位：Pa，Torr，mba。Ø它们之间的关系：lTorr=133.322Pa;1mba=100Pa;1Torr=1.333mbaØ真空区间的划分：粗真空：105-102Pa;低真空：102-10-1Pa;高真空：10-1-10-6Pa；超高真空：10-6Pa;Ø真空镀膜技术真空蒸发镀膜法是物理气相沉积的基本方法之一，是指在真空条件下，加热蒸发容器中的镀膜材料，使其原子或分子从表面蒸发或气化逸出，形成蒸气流，入射到基体表面，凝结生成固态薄膜。薄膜形成的过程是由气相到吸附相、再到固相的相变过程，其成膜过程可以分为三步骤：(1)将镀膜材料从固态变为气态；(2)镀膜材料的气态原子或分子或离子运动到达基片表面；(3)镀膜材料的气态原子或分子或离子沉积在基片上并逐渐形成薄膜。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建真空系统•主要是有几种常见真空泵来实现，一般来说，小型的真空镀膜机采用“高真空油扩散泵+低真空机械泵+低温冷阱”，目前公司B#采用的抽真空模式。•大型的真空镀膜机采用的是“高真空油扩散泵+低真空机械泵+罗茨泵+低温冷阱”，目前公司A#采用的抽真空模式。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建真空系统控制面板：黄色抽低真空通道红色抽高真空通道PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø机械泵•泵的核心部分是固定在定子内转动的偏心转子，转子内有一对的旋片，通过旋片内的弹簧张力使旋片的端点始终与（定子）内壁内合，在（定子）的上方有一个气体入口和配有排气瓣阀，当转子转动时，入口处有气体被抽入泵体，继续转动将气体通过排气瓣阀排出，从而实现抽气过程，当转子停转动时排气瓣阀就会立刻关闭，避免油进入