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揭秘光学薄膜之减反射膜&高反膜

日期：2025-04-30 21:19

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摘要：揭秘光学薄膜之减反射膜&高反膜

揭秘光学薄膜之减反射膜&高反膜

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

光学薄膜在我们日常生活中无处不在，如液晶电视机面板、手机镜头模组、眼镜、车窗玻璃等等。早在1817年，夫琅禾费（Fraunhofer）就用酸蚀法制成了世界上**批单层减反射膜；在1899年，法布里与珀罗（Fabry-Perot）制成了**个薄膜光学元件。两百年来光学薄膜器件飞速发展，深入各家各户。

光学薄膜的不同应用场景

在光学元件或独立基板上，涂布单层或多层的介质膜、金属膜和组合膜，可改变光经过元件时的传递特性，包括光的透射率、反射率、吸收率、散射、光场局部的偏振及相位等。

光学元件表面附着的薄膜厚度薄而均匀，且种类繁多。下面主要介绍减反射膜和高反射膜的实现原理和作用。

减反膜（增透膜、AR膜）

当光线从折射率为

n_{0}

的介质入射到折射率为

n_{1}

的另一种介质时，在两种介质的分界面上就会产生光的反射。如果介质对光没有吸收，界面是光学表面，光线垂直入射，则反射率

R=\frac{(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}

，透射率

T=1-R

。

如右图所示，当一束光从空气垂直入射到折射率

N_{s}=1.52

的N-BK7玻璃基板上，空气的折射率

N_{0} =1

，那么在空气-玻璃-空气两个界面的反射率如下：

R_{0S}=\frac{(N_{0}-N_{S})^{2}}{(N_{0}+N_{S})^{2}}=\frac{(1-1.52)^{2}}{(1+1.52)^{2}}=0.0425

R_{S1}=\frac{(N_{S}-N_{1})^{2}}{(N_{S}+N_{1})^{2}}=\frac{(1.52-1)^{2}}{(1.52+1)^{2}}=0.0425

通常光学玻璃的折射率在1.44~1.92之间，光学玻璃表面的反射率在3.25%~10%之间。而红外光谱区经常使用的硅(

n=3.5

)或锗(

n=4.0

)基底材料，每个表面的反射率分别可以达到31%或36%左右。

这种光学元件表面的反射在光学系统中会产生两个负面影响：一方面会造成光能量的损失，使成像的亮度降低；另外也会导致分辨率下降，光学系统内部各表面多次反射而造成的杂散光也会到达像面，会造成像的衬度降低，分辨率下降。这两种效应都会导致光学系统的成像质量下降。特别是对于复杂的光学系统，这两个效应造成的影响更为严重。在光学元件表面镀制减反射膜是克服这些缺点*有效的方法。

为了减少表面反射率，*简单的途径是在玻璃表面上镀一层低折射率的薄膜，构成空气-膜-玻璃三层介质，利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而增强透射。如下图所示， $n_{0} -n_{1}- n_{2}$ 分别为空气-增透膜材料-玻璃材料的折射率， $R_{1}、T_{1}$ 为空气-玻璃界面的反射率和透过率， $（R_{2}）$ 为空气-增透膜界面的反射率， $（T_{2}）$ 为增透膜-玻璃界面的透过率。

1. 只要 $n_{0} ＜n_{1}＜ n_{2}$ ，就有 $R_{2} ＜R_{1}$ ， $T_{2} ＞T_{1}$ ，这个单层介质膜就有减小表面反射率的作用，就是减反射膜；

2. 当 $n_{1}＜ n_{2}$ ，满足膜层的有效光学厚度 $n_{1}d_{1}cos\left( \theta_{1}\right)=\frac{(2m+1)\lambda_{0}}{4}$ 则 $R_{min}(\lambda_{0})=\frac{(n_{0}n_{2}-n_{1}^{2})^{2}}{(n_{0}n_{2}+n_{1}^{2})^{2}}$

通过上式可知：

①

R(\lambda_{0})=0

的条件是

n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{2}}

②

R-\lambda

曲线呈V形，谷底是

R(\lambda_{0})

③

\theta_{0}\ne0

时，膜层的有效光学厚度为

n_{1}d_{1}cos\left( \theta_{1} \right)

所以

（\theta_{0}）

越大，

（R_{min}）

对应的波长越短。

减反射膜可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到**，在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到了充分的应用。

单层减反射膜存在的问题是：V形减反射效果只能实现单一波长零反射，色中性差；此外，对于常用的玻璃基底，满足 $n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{S}}$ 的膜料不一定存在，很难实现零反射。当单层膜不能满足需求的时候，可以寻求更多层的膜堆来提高减反射效果。

V型减反射膜（左）和W型减反射膜（右）

在多层膜的结构中，通过改变间隔层的厚度，可以使反射率极小值移到不同的波数位置上。根据不同折射率的基片去设计合适的减反射膜层堆能够实现各种不同的需求。

高反射膜

前文提到，从光垂直入射镀单层膜光学元件的反射率

R=\frac{(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}

计算公式中，可以看出当

n_{1}

越大，

R

越大，但是实际中的膜层折射率

n_{1}

是有限的，单层膜可以实现的*高反射率不会超过50%。对多层反射膜进行设计，使得膜层所有界面上反射的光束回到前表面时具有相同位相，从而产生相长干涉，在理论上就有望得到接近于100%的反射率。

如果采用高折射率 $（n_{H}）$ 、低折射率 $（n_{L}）$ 交替的介质多层膜，并使得介质膜系两边的*外层为高折射率层，每层厚度均为 $（\frac{\lambda_{0}}{4}）$ 。对于中心波长 $（\lambda_{0}）$ 的垂直入射反射率极大值为：

R_{max}(\lambda_{0})=\left[ \frac{1-(\frac{n_{H}}{n_{L}})^{2S}(\frac{n_{H}^{2}}{n_{S}})}{1+(\frac{n_{H}}{n_{L}})^{2S}(\frac{n_{H}^{2}}{n_{S}})} \right]^{2}

可知当 $（\frac{n_{H}}{n_{L}}）$ 的比值越大，或者当层数即（ $2S+1$ ）越多时， $R_{max}(\lambda_{0})$ 越大，理论上甚至可以无限接近于100%反射率。但在实际中，由于膜层的吸收、散射等损失，膜系到达一定层数后，继续增加膜层对数也不会再提高其反射率。材料折射率、膜系设计也是*终影响元件反射率性能重要的一环。

高反射带的波数宽度仅仅与构成多层膜的两种膜料的折射率有关，差值越大，高反射带越宽。膜料折射率不能无限的高，例如在可见光区域有实用价值的材料中，折射率*高不超过2.6，*小不小于1.35，因此高反射率带宽是有限的。展宽高反射带宽度有两种方法：一种是膜系各层厚度有规律的递增/递减；另一种是堆叠两个/多个中心波长的不同多层膜系。

关于我们

采用德国薄膜制备工艺，形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系，能够制备各种超高性能光学薄膜，包括红外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜，应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、光学科研，红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆，低反射橱窗玻璃，画框，工业灯具照明，广告机，点餐机，电子白板，安防监控等。
卷柔新技术拥有自主知识产权的全自动生产线【sol-gel溶胶凝胶法镀膜线】，这条生产线能够生产全球先进的减反射玻璃。镀膜版面可达到2440*3660mm，玻璃厚度从0.3mm到12mm都可以,另外针对PC,PMMA方面的增透膜也具有量产生产能力。ARcoating减反膜基本接近无色,色彩还原性好，并且可以避免了磁控溅射的缺点，镀完增透膜后玻璃可以做热弯处理和钢化处理以及DIP打印处理。这个难度和具有很好的应用性，新意突出，实用性突出，湿法镀膜在价格方面也均优于真空磁控的干法。

卷柔减反射(AR)玻璃的特点:高透,膜层无色,膜硬度高,抗老化性强(耐候性强于玻璃),玻璃长期使用存放不发霉,且有一定的自洁效果.AR增透减反膜玻璃产品广泛应用于**文博展示、低反射幕墙、广告机玻璃、节能灯具盖板玻璃、液晶显示器保护玻璃等多行业。
我们的愿景：卷柔让光学更具价值！
我们的使命：有光的地方就有卷柔新技术！
我们的目标：以高质量的产品，优惠的价格,贴心的服务，为客户提供优良的解决方案。
上海卷柔科技以现代镀膜技术为核心驱动力，通过镀膜设备、镀膜加工、光学镀膜产品服务于客户，努力为客户创造新的利润空间和竞争优势，为中国的民族制造业的发展贡献力量。

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