0
功能:它的功能是增加光學表面的反射率。
類別:反射膜一般可分為兩大類,一類是金屬反射膜,一類是全電介質反射膜。此外,還有把兩者結合起來的金屬電介質反射膜。
金屬反射膜:一般金屬都具有較大的消光系數,當光束由空氣入射到金屬表面時,進入金屬內的光振幅迅速衰減,使得進入金屬內部的光能相應減少,而反射光能增加。消光系數越大,光振幅衰減越迅速,進入金屬內部的光能越少,反射率越高。
介質反射膜:電介質反射膜是建立在多光束干涉基礎上的。與增透膜相反,在光學表面上鍍一層折射率高于基體材料的薄膜,就可以增加光學表面的反射率。最簡單的多層反射是由高、低折射率的二種材料交替蒸鍍而成的,每層膜的光學厚度為某一波長的四分一。在這種條件下,參加疊加的各界面上的反射光矢量,振動方向相同。合成振幅隨著薄膜層數的增加而增加
介質膜基本是一維光子晶體形成了一個帶隙,在這個帶隙內光不支持傳播就發生全反射了。要區別介質膜反射鏡和金屬反射鏡,我們首先討論一下單純的介質和金屬的區別是什么。
在電磁波傳播中決定電磁波傳播性質的就是介電常數,介電常數的實部對應于光傳播時候的電場振幅的比例,而虛部則對應于光的能量損耗。
金屬和介質最大的區別在于,金屬的介電常數可以用Drude模型描述,一般是一個負的實部和比較大的虛部;而介質的介電常數則一般是一個正的實部。
既然金屬有比較大的虛部,就會導致有損耗,光在經過金屬反射的時候就會被吸收,反射率可能只達到98、99;而介質則不會,因此特定條件下,反射率能達到真正的百分百。
空氣也是一種介質,空氣入射介質發生反射,由于是介質(介電常數較?。┑焦饷芙橘|(介電常數較大)有半波損失,導致電磁波震蕩損失一個相位;而空氣入射金屬時理想情況發生反射必定會產生相位差。
那么,多層膜的反射又是怎么回事呢?
介質膜反射鏡是將一系列介電常數有區別的介質周期性堆疊在一起,在普通的均勻介質里,頻率和波長的乘積是光速,這就是所謂的色散關系。周期性邊界條件導致色散關系在倒空間(坐標以為量度)中被折疊,并且因為在布里淵區的邊界上散射比較強,就會打開帶隙。
因此,以這個頻率入射的光,直接就被結構反射出去了。這樣的反射依舊繼承了介質的優勢——不會吸收。
為什么要采用這樣的結構呢?
首先,是覆蓋的波長范圍是可設計的,而金屬由于本身的原子性質(介電常數),所對應的反射波段是固定的;
其次,由于完全不吸收,只要層數足夠,反射率就極高。但是這種結構也有缺陷:①介質膜反射鏡會很厚;②角度依賴很強;③介質膜反射鏡成本會較高,而金屬膜反射鏡則沒有這個要求。所以在反射的波段要求、熱效應要求不高的情況下,選擇金屬反射鏡更加合適。
介質膜曲線:
一般指標:R>99.5%@可見光或指定波段
高反射膜
金屬鏡(Metallic Mirror)
成本較低,反射波段較寬。
一般用于反射率要求不是特別高,但是波段很寬的應用。
因為存在部分吸收,因此限制了其在激光領域的應用。
全介質反射鏡(Dielectric HR coatings )
成本較高,反射波段較窄。
反射率可以做到很高。
反射波段范圍有限,如加大反射波段范圍,膜層鍍制難度將提高。
膜層較厚,應力較大,存在膜層脫落風險。
鍍膜基片
指在什么材質上鍍膜?;淄鞘褂铆h境和用途決定。常見的鍍膜基底選擇? 如氣體分析保護金多用氟化鈣基底,普通反射鏡用浮法玻璃,激光腔鏡用硅基底,紅外濾光片多用硅鍺,可見及近紅外多是玻璃,無氧銅多是鎳和金等。
氟化鈣,氟化鋇,氟化鎂,藍寶石,鍺,硅,硫化鋅,硒化鋅,硫系玻璃,N-BK7,熔融石英等
鍍膜材料
附著在基底上的起到透射,反射,分光等作用的材料,可能是光學材料如硫化鋅、氟化鎂等,也可能是金屬,如鋁金等。目前成熟大批量光學鍍膜材料多是顆粒狀或是藥片狀,也有整塊晶體鍍膜靶材;金屬鍍膜材料多是絲及塊狀;基底,用途,和鍍膜指標決定用什么鍍膜材料。
光學鍍膜概念及原理
鍍膜是用物理或化學的方法在材料表面鍍上一層透明的電解質膜,或鍍一層金屬膜,目的是改變材料表面的反射和透射特性,達到減少或增加光的反射、分束、分色、濾光、偏振等要求。常用的鍍膜法有真空鍍膜(物理鍍膜的一種)和化學鍍膜。光學零件表面鍍膜后,光在膜層層上多次反射和透射,形成多光束干涉,控制膜層的折射率和厚度,可以得到不同的強度分布,這是干涉鍍膜的基本原理。
光學薄膜分類:
增透膜:硅、鍺、硫化鋅、硒化鋅等基底較多,氟化物較為少見。
單波長、雙波長、寬帶
反射膜:分介質與金屬反射膜,金屬反射膜一般為鍍金加保護層。
半反射、單波長、雙波長、寬帶
硬碳膜 :也叫DLC膜,一般鍍在硅、鍺、硫系玻璃外表面,做保護/增透作用, 產品另一側一般要求鍍增透膜。
分光膜 :有些要求特定入射角情況下,可見光波段反射,紅外波段透過,多用于光譜分析中。
45度分光片、雙色分束、偏振分束片&棱鏡
濾光膜:寬帶、窄帶
激光晶體膜:YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03
紫外膜-增透:193/248/266/308/340/355,鋁反射180-400nm
紅外膜:CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS
鍍膜工序和設備
清洗設備:
超聲波清洗機:指清洗和烘干一體化的,可直接裝盤鍍膜。同時這個機器必須在潔凈空間使用;
光學鏡片的超聲波清洗技術
在光學冷加工中,鏡片的清洗主要是指鏡片拋光后殘余拋光液、黏結劑、保護性材料的清洗;鏡片磨邊后磨邊油、玻璃粉的清洗;鏡片鍍膜前手指印、口水以及各種附著物的清洗。
傳統的清洗方法是利用擦拭材料(紗布、無塵紙)配合化學試劑(汽油、乙醇、丙酮、乙醚)采取浸泡、擦拭等手段進行手工清擦。
這種方法費時費力,清潔度差,顯然不適應現代規?;墓鈱W冷加工行業。這迫使人們尋找一種機械化的清洗手段來代替。于是超聲波清洗技術逐步進入光學冷加工行業并大顯身手,進一步推動了光學冷加工業的發展。
超聲波清洗技術的基本原理,大致可以認為是利用超聲場產生的巨大作用力,在洗滌介質的配合下,促使物質發生一系列物理、化學變化以達到清洗目的的方法。
當高于音波(28~40khz)的高頻振動傳給清洗介質后,液體介質在高頻振動下產生近乎真空的空腔泡,空腔泡在相互間的碰撞、合并、消亡的過程中,可使液體局部瞬間產生幾千大氣壓的壓強,如此大的壓強使得周圍的物質發生一系列物理、化學變化。
工藝流程:
等離子增強化學氣相沉積 (PECVD):
是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離,在局部形成等離子體,而等離子體化學活性很強,很容易發生反應,在基片上沉積出所期望的薄膜。因為利用了等離子的活性來促進化學反應,PECVD可以在較低的溫度下實現
等離子輔助氣相沉積
目前DLC膜常用制備方法。采用射頻技術(RF-PACVD)將通入的氣體(丁烷、氬氣)離化,在極板自偏壓(負)的吸引下,帶正電的粒子向基板撞擊,沉積在基板表面。