光学干涉薄膜技术与产业的新发展

光学干涉薄膜技术与产业的新发展

光学干涉薄膜是指基于干涉效应的多层膜光学器件。这些光学薄膜器件利用多层膜干涉效应实现减反射、高反射以及分光、滤波、偏振等各种光谱调制功能，在现代光通讯、光显示、光存储以及光成像中都具有极为广泛与重要的应用。经过几十年的研究与发展，光学薄膜技术已经成熟，近十年来国内光学薄膜技术产业化发展迅速，一个新兴的光学薄膜产业已经形成。

1 产业进程
      回顾光学薄膜技术产业化的历程，我们可以十分清晰地看到信息技术与信息产品对光学薄膜产业化的推动。*典型的产品为：光通讯各种薄膜产品、手机摄像模组为代表的数码影像产品、投影仪显示产品，以及生化分析中的光学元件产品。

      **个对光学薄膜产业推动巨大的是光通讯技术与产品。2000年左右的光通讯浪潮，特别是密集波分复用光学滤波器的需求，带动光学薄膜制备技术的高速发展，高精度、高性能、可大批量产业化生产的光学薄膜制备设备进入社会。光学薄膜从此大踏步走向产业。虽然光通讯泡沫破碎后，光通讯中光学薄膜产品的需求量远低于原来预期，但是它的高难度与起始时的高技术附加值，极大地推进了光学薄膜的产业化进程。直至现在，光学通讯中密集波分复用滤波器、上载与下载滤波器、平滑滤波器等依然有一定的市场规模，支持着相当一批企业从事这些通讯光学薄膜器件的生产。应该说光通讯对光学薄膜的大批量制造能力的发展起到极为重要的推进作用，使得极高品质光学薄膜的产业化变为可能，同时极大促进了专注于光学薄膜科研人员将其产业化的信心。

      **个对光学薄膜产业化推动巨大的是多媒体投影仪技术。多媒体投影仪发展于上世经90年代中期，是商业、办公、会议、家庭娱乐以及电化教学等重要的大屏幕显示设备。其中需要大量的光学薄膜器件，如梯度红、绿、蓝光的分色镜、紫外红外截止滤光片、红绿蓝色轮滤光片、X-cube合色棱镜以及大量的减反膜与反射镜等。目前投影仪的全球市场份额大约在800多万台，而且每年以近10%的速度发展。因此十多年多媒体投影仪的发展史，带动了光学薄膜产业成长为稳定独立的产业。近年来投影仪技术向两头发展：一类是数码影院放映用的大型数字影院投影仪，该投影仪具有高亮度输出，高分辨率投影显示等性能；**类是向微型化发展，以LED或激光为光源的小型或微型投影仪，这一类投影仪输出流明可能不高，但是体积很小，便携性很好。有的可以与手机等移动通讯设备相匹配形成所谓的“皮”投影（pico projector）。这些投影仪内部具有类似的光学薄膜元件组成，而且市场的需求量有可能很大，这必将成为拉动光学薄膜产业大步发展的极好机遇。

      第三个对光学薄膜产业化推动巨大的是手机摄像模组为代表的数码影像产品。进入21世纪，移动通讯产品极度普及，移动通讯产品与摄像模组的组合产品成为人们几乎是必备的日常通信或信息产品。手机影像模组中，光学镜片（无论是塑料的还是玻璃的）均需要宽带减反射膜。减反射薄膜是*常见的光学薄膜，所有的透镜表面均需要镀制增透膜（减反膜）。近年来减反射膜在产业化方面更为成熟，高性能的宽带减反膜大批量稳定量产。不仅如此，在塑料眼镜的应用中，带有颜色效应的高牢固度的宽带减反射膜也都实现了大批量、高成品率的量产。另外手机模组中还有一个校正CMOS器件颜色性能的滤色片（红外紫外截止可见高透）也是一种典型的多层干涉薄膜器件。另外数码影像设备家用化，数码相机、数码摄像机形成了每年千万数量级的优异市场。数码相机中除了常规的光学镜头需要高品质的宽带减反射薄膜，以及CCD或CMOS前面的颜色矫正滤光片之外，上等次的数码相机还需要光学低通滤波器以去除阵列传感器成像时有可能形成的莫尔条纹现象。由于手机模组是一个每年具有几亿量级数量的国际市场，因此带动了光学薄膜的加工业形成规模，快速发展。

      第四个对光学薄膜产业化推动巨大的是生化分析中的光学元件产品。生化分析用的光学滤光片近年来也呈现蓬勃的发展势头，各种窄带，超窄带滤光片的需求日益增多，这些不仅对光学多层薄膜技术提出更高的要求，而且也极大丰富了薄膜产品的覆盖面。

      此外，随着绿色能源技术为人们所广泛关注，光学薄膜近年来开始在应用于太阳能的利用与开发领域。高反射率、高环境稳定性的反射膜成为太阳能发电的重要器件。而且由于太阳能聚光反射镜的面积巨大，对光学薄膜产业的规模化发展产生积极影响。绿色环保为主题的建筑玻璃的发展，对低辐射薄膜提出了更高的要求，多层干涉薄膜技术开始广泛应用于建筑薄膜，形成了大批量建筑薄膜制备行业。

2 技术发展
      光学薄膜技术在产业化发展的同时， 自身的设计理论与制备技术以及应用研究也在不断发展。除了向极限光学性能的光学薄膜技术（极高损伤阈值的光学薄膜、极短波长的光学薄膜、极高精度的相位型光学薄膜等）发展之外，还在向微结构型光学薄膜的方向发展。*突出的是利用表面微结构形成渐变折射率薄膜实现表面微结构的理想减反射效应，如德国费琅和费研究所提出的采用离子轰击原理在聚合物表面形成精细微结构实现减反射。又如应用于太阳能薄膜的“黑硅”技术，就是利用硅基板表面反应离子刻蚀方法，构造表面纳米量级的锥状微结构，进而实现对全入射角可见光的完全吸收，形成“黑硅”效应。

      另外一类微结构薄膜是利用光学薄膜物**相沉积制备过程中，斜蒸镀产生的柱状微结构薄膜，这样的薄膜其折射率是各向异性的。韩国仁荷大学的研究组将薄膜制备过程中的柱状微结构用到精良，通过样品的慢速旋转制备螺旋形的柱状结构，以及多层膜不同倾斜角度与旋转方向的柱状微结构薄膜以构造各种特殊光学性能的滤光片，如垂直入射的光学薄膜偏振片以及垂直入射的分色偏振滤波器等在液晶显示领域有重要应用前景的新型光学滤波器。

      第三类微结构薄膜采用了光子晶体研究的结构，利用多层具有空间形状的薄膜组合实现各种新颖的光学特性。这些新型光学薄膜器件的出现，为光学薄膜的发展开辟了新的方向，无论从设计方法，制备技术以及测试技术等都提出了新的内容与要求。促进光学薄膜应用领域的不断扩展。

      总之，光学薄膜的研究已经走出实验室，完成了产业化历程，形成了从光学薄膜制备设备产业、光学薄膜材料产业以及光学薄膜制备加工产业等一系列配套的产业链。与此同时，光学薄膜的研究与发展并未停滞，新的具有开拓性的光学薄膜结构不断被推出，光学薄膜的极限光学性能不断被刷新，制备膜系的复杂程度不断加大，新的更大的应用被不断扩展，这些均预示着光学薄膜的未来更光明。

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