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光学膜是如何在各大应用领域中发展的?

日期:2020-09-20 21:42
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摘要:光学膜是如何在各大应用领域中发展的?

光学膜是如何在各大应用领域中发展的?


光学薄膜的应用领域及分类,光学薄膜是利用薄膜对光的作用而工作的一种功能薄膜,光学薄膜在改变光强方面可以实现分光透射、分光反射、分光吸收以及光的减反、增反、分束、高通、低通、窄带滤波等功能。


光学薄膜的种类有很多,这些薄膜赋予光学元件各种使用性能,在实现光学仪器的功能和影响光学仪器的质量方面起着重要的或者决定性的作用。



薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm到几十、上百个μm。


01

减反射膜


假定光线垂直入射在表面上,这时表面的反射光强度与入射光的强度比值(反射率)只决定于相邻介质的折射率的比值:折射率为1.52的冕牌玻璃每个表面的反射约为4.2%左右,折射率较高的火石玻璃则表面反射更为显著。这种表面反射造成了两个严重的后果:光能量损失使象的亮度降低;


表面反射光经过多次反射或漫射,有一部分成为杂散光,*后也到达象平面使象的衬度降低图象质量,特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统都包含了很多个与空气相邻的表面。



应用于可见光谱区的光学仪器非常多,就其产量来说占据了减反射膜的绝大部分,几乎在所有的光学器件上都要进行减反处理。


02

分光膜


把一束光分为两部分的器件称为分光镜。分光镜的工作部分一般是一个镀过膜的平面,它在一定的波长范围内具有特定的反射率和透射率。通常这个平面是倾斜的,因此入射光和反射光便分离开来。分光镜的预定反射率和透射率值随其用途不同而相异。


对于不同的分光镜往往有不同的透射率和反射率比T/R,即分光比。*常用的是中性分光镜,T/R=50/50,它把一束光分成光谱成分相同的两束光。因为它在某波长区域内对各波长具有相同的透射率和反射率比,因而反射光和透射光不带有颜色,呈中性。



常用的中性分光镜有两种结构:一种是在透明的平板基片上镀上分光膜,另一种是把膜层镀在两个直角棱镜上,再膜面对膜面地胶合成立方体。常用的有金属分光镜和介质分光镜两类。金属膜分光镜分光的光谱宽度较宽,缺点是吸收损失较大,分光效率较低,介质分光镜的特点是分光效率高,偏振效应明显,分光特性色散明显。


03

反射膜


反射膜是用于把入射光能量大部分或几乎全部反射的光学元件。在有些光学系统中,要求光学元件具有较高的反射本领。金属膜有很高的反射率,吸收率也较高,而介质膜的不但反射率可以较高,还有较小的吸收率。



铝是唯壹从紫外到红外(0.2~30μm)具有很高反射率的材料。大约在波长0.85μm处反射率出现一极小值,其值为86%。铝膜对基板的附着力比较强、机械强度和化学稳定性也比较好,所以广泛用作反射膜。


对缓慢蒸发的铝膜,氧化物的厚度可以达到90%以上。氧化物的存在使铝膜的反射率下降,特别是波长小于200nm的区域,为此要用MgF2膜作保护层。在可见光区,通常用SiO作为初始材料,蒸发得到硅的氧化物薄膜作为Al膜的保护膜。*佳的制备铝膜的条件:高纯铝(99.99%);高真空中快速蒸发(50~100nm/s);基板温度低于50℃。


在可见光及红外波段内,银膜的反射率是所有已知材料中*高的。在可见光区和红外区,反射率分别达到95%和99%左右。但是,银膜的附着力差,机械强度和化学稳定性差,所以主要用于短期使用的零件。银膜在紫外区的反射率很低,在波长400nm开始下降,到320nm附近降到4%左右。



04

干涉截止滤光片


要求某一波长范围的光束高透射,而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射(或称抑制)的干涉截止滤光片有着广泛的应用。我们把抑制短波区、透射长波区的滤光片称为长波通滤光片。相反,抑制长波区、透射短波区的截止滤光片就称为短波通滤光片。


大多数情况下,是希望截止短于某一特定波长,或者长于该波长的所有光线。通常的办法是使干涉滤光片同吸收滤光片相组合。它既可以用作截止长波的短波通滤光片,也可以用作截止短波的长波通滤光片。只要改变监控膜层厚度的波长,截止的位置可以随意移动。



总结:随着光学薄膜的不断发展和进步,应用的领域也在逐渐增多,虽然在某些方面还需更进一步的提高,但根据目前发展趋势来看,不久后都会逐一解决。

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