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光学薄膜前沿让你秒懂光学膜

2021-12-31 19:16| 发布者:Davis| 查看:394| 评论:0|原作者: 薄膜材料前沿

摘要:本文介绍了光学薄膜的定义、特点和传统应用,其中包括反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜等。还讨论了新型光学薄膜的典型应用,如高强度激光器、金刚石及类金刚石膜、软X射线多层膜、太阳能选择性吸收膜和光通信用光学膜等。此外,文章还介绍了在照明领域中使用广泛的冷光膜和镀膜技术。



关键词: 光学膜



所谓光学薄膜是指其厚度能够光的波长相比拟其次要能对透过其上的光产生作用具体在于其上下表面对光的反射与透射的作用

光学薄膜的定义

涉及光在传播路径过程中附著在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层通过分层介质膜层时的反射射和偏振等特性以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或是光的偏振分离等各特殊形态的光

光学薄膜的特点是

表面光滑膜层之间的界面呈几何分割膜层的折射率在界面上可以发生跃变但在膜层内是连续的可以是透明介质也可以是吸收介质可以是法向均匀的也可以是法向不均匀的实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多这是因为制备时薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料其表面和界面是粗糙的从而导致光束的漫散射膜层之间的相互渗透形成扩散界面由于膜层的生长结构应力等原因形成了薄膜的各向异性膜层具有复杂的时间效应不同物质对光有不同的反射吸收透射性能光学薄膜就是利用材料对光的这种性能并根据实际需要制造的

光学薄膜的传统应用

光学薄膜按应用分为反射膜增透膜滤光膜光学保护膜偏振膜分光膜和位相膜减反射膜是应用最广泛的光学薄膜它可以减少光学表面的反射率而提高其透射率对于单一波长理论上的反射率可以降到零透射率为100%对于可见光谱段反射率可以降低到0.5%甚至更低以保证一个由多个镜片组成的复杂系统有足够的透射率和极低的杂散光现代光学装置没有一个是不经过减反射处理的由于其具有极低的反射率和鲜艳的表面颜色现代人们日常生活中的眼镜普遍都镀有减反射膜


 高反射膜

 能将绝大多数入射光能量反射回去当选用介质膜堆时由于薄膜的损耗极低随着膜层数的不断增加其反射率可以不断地增加趋近于100%这种高反射膜在激光器的制造和激光应用中都是必不可少的

能量分光膜

可将入射光能量的一部分透射另一部分反射分成两束光据涂布在线了解最常用的是T:R=50:50的分光膜

光谱分光膜

可将入射光中一部分光谱的能量透射另一部分光谱的能量反射将长波能量反射短波能量透射的叫做短波通截止滤光膜将长波能量透射短波能量反射的叫长波通截止滤光膜利用它们可以把一束光分成不同的颜色

带通滤光片

只允许一个谱段可能比较宽也可以相当窄的光透过它是光波的帯通滤波器窄帯通滤波器在光学仪器中具有获得单色光和抑制系统光学背景的作用在光学医学刑侦通讯生化等领域有广泛应用超窄带滤光片在光通信中成功地应用于制造密集型的波分复用器DWDM从而推动了光通信的发展宽带通滤光膜最近最成功的应用是用于制造低辐射玻璃可以用于发展一种反射能量而又可透过太阳光的建筑窗口玻璃涂布在线认为这在能源费用不断上涨的今天必将发展成一个大的产业   

                        


新型光学薄膜的典型应用

现代科学技术特别是激光技术和信息光学的发展光学薄膜不仅用于纯光学器件在光电器件光通信器件上也得到广泛的应用近代信息光学光电子技术及光子技术的发展对光学薄膜产品的长寿命高可靠性及高强度的要求越来越高从而发展了一系列新型光学薄膜及其制备技术并为解决光学薄膜产业化面临的问题提供了全面的解决方案包括高强度激光器金刚石及类金刚石膜软X射线多层膜太阳能选择性吸收膜和光通信用光学膜等

照明领域的冷光膜

照明领域现在使用非常广泛的是石英卤素灯, 它具有体积小发光效率高光衰小寿命长显色指数高的优点特别是采用光学薄膜技术制成的定向冷反射卤钨灯由于其光源发出的红外光被透射而可见光被定向反射的优势, 得到了越来越广泛的应用无论是工业照明(放映灯投影灯医用灯背投影电视光源等)商业照明(商场饭店珠宝服装等),还是家庭照明(装饰装潢)市场前景光明

其中的核心技术就是在冷反射杯的镀膜技术得到了空前的成功应用使得镀有反射可见透射红外的冷光杯具有明显的先进性用仅有国际价格十分之一的国产改装设备采用具有中国特色的镀膜技术和工艺使得冷光杯具有极大的优势性价比居世界前列世界上几乎所有照明巨头的冷光(灯)都从中国采购中国的年出口量在3亿元以上

冷光膜的原理和研究

冷光膜的设计原理是要求能够尽可能高的反射可见光而透射红外光镀在弧形反光碗上使反射的光亮很高而红外幅射热则大大减少从而降低了光束的温度用这种技术制作的照明射灯就称为冷光灯冷光膜实际上是一种长波通的宽带反射膜要有一定的可见区反射带宽和长波良好的通带可用高反射膜与光谱分光膜的设计原理作为解决方案为了得到在可见区较宽的反射带, 可用两个方法解决

1设计不同中心波长的高反射膜系, 并把它们的高反射带连起来, 以得到宽的高反射带

2设计膜层厚度按几何级数或按算术级数递变的膜系其设计的目的是构成一个中心波长不断变化的膜系以得到宽带高反射膜

为了得到红外区高的透射率可采用合适的红外透明膜料以及通带匹配层技术来达到需要指出的是反射带的宽度的定位对于冷光灯的综合光谱色温照度光通量都有重要影响必须根据需要进行特别设计和控制

冷光膜的分类

镀制冷光膜的反光碗由于选择的镀膜材料不同其特性及应用范围也不同

软膜

镀膜材料为ZnS-MgF2组合其特点为制作方便工艺成熟缺点牢固度耐水性耐温性持久性较差如使用离子辅助镀膜技术可改善其特性常用于使用要求较低的场合应用于使用寿命1000h 以下的冷光射灯

半硬膜

镀膜材料为ZnS-SiO 组合这对材料的组合非常有价值有些文献报道一氧化硅和硫化锌由于应力不匹配容易膜裂故不宜作为高低折射率材料搭配而现在的研究证明由于采取必要而独特的工艺制备技术所以此类膜层非常牢固耐水性耐温性也很理想其膜层可经受沸水蒸煮由此膜料制作在冷光射灯使用寿命在2000h 以上它已作为冷光膜的优选膜料同理也可重点推荐用于其它镀膜制品

硬膜

镀膜材料为T iO2-SiO2 组合此组合的膜层各项性能指标良好可用于使用条件很苛刻的冷光膜产品如电影放映机反光碗使用寿命4000h 等级的冷光射灯领域缺点是对设备的要求高,制作工艺复杂,制作成本较高

光学薄膜的制备技术

光学薄膜的制备技术是把薄膜材料按照一定的技术途径和特定的要求沉积为薄膜光学薄膜可以采用物理气相学沉积(PVD)化学气相沉积(CVD)和化学液相沉积(CLD)3种技术来制备物理气相学沉积(PVD)制备光学薄膜这一技术目前已被广泛采用从而使各种光学薄膜在各个领域得到广泛的应用下面涂布在线着重介绍这一制备技术

4.1物理气相学沉积(PVD)

物理气相沉积是光学薄膜制备的主流技术物理气相沉积法简单地说是在真空环境中加热薄膜材料使其成为蒸汽蒸汽再凝结到温度相对低的基片上形成薄膜PVC需要使用真空镀膜机制造成本高膜层厚度可以精确控制膜层强度好PVD制备光学薄膜这一技术目前已被广泛采用从而使各种光学薄膜在各个领域得到广泛应用在PVD方法中根据膜料汽化方式的不同又分为热蒸发溅射离子镀及离子辅助镀技术其中光学薄膜主要采用热蒸发及离子辅助镀技术溅射及离子镀技术用于光学薄膜制备是近几年发展起来的

4.2化学气相沉积(CVD)

化学气相沉积(CVD)一般需要较高的沉积温度而且在薄膜制备前需要特定的先驱反应物通过原子分子间化学反应的途径来生成固态薄膜的技术CVD技术制备薄膜的沉积速率一般较高但在薄膜制备过程中也会产生可燃有毒等一些副产物

4.3化学液相沉积(CLD)

化学液相沉积(CLD)工艺简单制造成本低但膜层厚度不能精确控制膜层强度差较难获得多层膜还造成废水废气污染的问题

光学薄膜的应用前景

光电信息产业中最有发展前景的通讯显示和存储三大类产品都离不开光学薄膜如投影机背投影电视机数码照相机摄像机DVD以及光通讯中的DWDMGFF滤光片等光学薄膜的性能在很大程度上决定了这些产品的最终性能光学薄膜正在突破传统的范畴越来越广泛地渗透到从空间探测器集成电路生物芯片激光器件液晶显示到集成光学等各学科领域中对科学技术的进步和全球经济的发展都起着重要的作用研究光学薄膜物理特性及其技术已构成现代科技的一个分支——薄膜光学光学薄膜技术水平已成为衡量一个国家光电信息等高新技术产业科技发展水平的关键技术之一

增透减反AR膜主要也是为了应对国内大的风砂像尘都会对增透膜产生划痕方面的影响这个是增透膜耐湿冷耐摩擦方面的情况

总结光学薄膜的特点是表面光滑膜层之间的界面呈几何分割膜层的折射率在界面上可以发生跃变但在膜层内是连续的可以是透明介质也可以是吸收介质可以是法向均匀的也可以是法向不均匀的实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多这是因为制备时薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料其表面和界面是粗糙的从而导致光束的漫散射膜层之间的相互渗透形成扩散界面由于膜层的生长结构应力等原因形成了薄膜的各向异性膜层具有复杂的时间效应不同物质对光有不同的反射吸收透射性能光学薄膜就是利用材料对光的这种性能并根据实际需要制造的


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

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