什么是光学镀膜？它的工艺和镀膜材料有哪些

一、光学镀膜的基本原理

光学镀膜是一种将一层薄膜沉积在物体表面的过程，以改变物体的光学性质。它是基于光学干涉的原理，利用光波的折射和反射来达到所需的效果。光学镀膜可以应用于各种物体，如玻璃、塑料、金属等，以达到改善其外观、防护和功能等目的。

光学镀膜的原理是利用光的干涉现象。当光通过一个介质的表面如从空气进入玻璃或金属表面，它将会发生反射和透射。反射光和透射光的光程差将决定干涉的程度。如果光程差为波长的整数倍，光线将会被加强，形成增强波；如果光程差为波长的半数倍，光线将会被抵消，形成消减波。这种干涉现象可以用来控制光的反射和透射，从而达到改变物体光学性质的目的。

在光学镀膜的制备过程中，首先需要选择适合的材料，如二氧化硅、氟化镁、氧化铝等。这些材料是由多层薄膜堆积而成的，每一层的厚度和折射率都需要精确控制。通过精密的控制薄膜的厚度和折射率，可以改变镀膜物体的反射率、透射率和透明度等光学性质。

光学镀膜可以应用于许多领域。在工业上，光学镀膜用于制造各种光学元件，如反射镜、透镜、滤光片等。这些元件都需要具有特定的光学性质，以满足不同应用的需求。在电子产品中，光学镀膜可以用于制造高清晰度的显示器。在建筑中，光学镀膜可以用于隔热玻璃和防紫外线玻璃等。

光的干涉在薄膜光学中广泛应用。光学薄膜技术的普遍方法是借助真空溅射的方式在玻璃基板上涂镀薄膜，一般用来控制基板对入射光束的反射率和透过率，以满足不同的需要。为了消除光学零件表面的反射损失，提高成像质量，涂镀一层或多层透明介质膜，称为增透膜或减反射膜。随着激光技术的发展，对膜层的反射率和透过率有不同的要求，促进了多层高反射膜和宽带增透膜的发展。为各种应用需要，利用高反射膜制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉滤光片等。

二、光学镀膜的方式

1.热蒸发法

热蒸发法是一种常见的光学镀膜方式，它通过加热材料使其升华并沉积在基底表面上。这种方法通常使用电子束或电阻加热来升华材料，并使用真空室来控制反应环境。在真空室中，基底和材料被放置在靶极上，然后加热到高温使材料升华并沉积在基底表面上。这种方法可以制造高品质、均匀且厚度控制精确的薄膜。

2.磁控溅射法

磁控溅射法是一种将材料沉积在基底表面上的方法，通过使用高能离子撞击靶材使其升华并沉积在基底表面上。这种方法使用真空室来控制反应环境，并通过调节离子束的能量和角度来控制薄膜的厚度和均匀性。磁控溅射法可以制造高品质、均匀且良好附着力的薄膜。

3. 电弧离子镀法

电弧离子镀法是一种将材料沉积在基底表面上的方法，通过使用高能电弧撞击靶材使其升华并沉积在基底表面上。这种方法也使用真空室来控制反应环境，并通过调节电弧能量和角度来控制薄膜的厚度和均匀性。电弧离子镀法可以制造高品质、均匀且良好附着力的薄膜。

4.溅射离子镀法

溅射离子镀法是一种将材料沉积在基底表面上的方法，通过使用高能粒子撞击靶材使其升华并沉积在基底表面上。这种方法也使用真空室来控制反应环境，并通过调节粒子束的能量和角度来控制薄膜的厚度和均匀性。溅射离子镀法可以制造高品质、均匀且良好附着力的人总之，光学镀膜是一种非常重要的技术，它可以用于制造各种类型光学器件。不同的光学镀膜方式具有不同的优缺点，需要根据具体应用场景选择合适的方法。

三、常见的光学镀膜材料

1、金属(合金)类:锗、铬、铝、银、金等.

①锗

稀有金属,无毒无放射性,主要用于半导体工业塑料工业,红外光学器件,航天工业,光纤通讯等.透光范围2000NM— 14000NM,n=4甚至更大。

②铬

有时用在分光镜上并且通常用作”胶质层”来增强附着力,胶质层可能在550NM的范围内,但在铝镜膜导下面,30NM是增强附着力的有效值.

③铝

在紫外域中它是普通金属中反射性能最好的一种,其膜的有效厚度为50NM以上.

④银

如果蒸发速度足够快并且基板温度不很高时,银和铝一样具有良好的反射性,这是在高速低温下大量集结的结果,这一集结同时导致更大的吸收.

⑤金

在红外线100nm波长以上是已知材料中具有最高反射性的材料.

2、氧化物类 :三氧化二钇、二氧化铈、氧化镁、二氧化钛、二氧化硅、一氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、氧化铪等.

①三氧化二钇

使用电子枪蒸镀,该材料性能随膜厚而变化,在500nm时折射率约为1.8.用作铝保护膜其极受欢迎,特别相对于800-12000nm区域高入射角而言,可用作眼镜保护膜,且24小时暴露于湿气中.

②二氧化铈

使用高密度的钨舟皿蒸发,在200°C的基板上蒸着二氧化铈,得到–个约为2.2的折射率,在大约3000nm有一吸收带其折射率随基板温度的变化而发生显著变化,用氧离子助镀可取得n=2.35(500nm)的低吸收性薄膜.

③二氧化钛

折射率为2.21,500nm的透光范围,由于它的高折射率和相对坚固性,人们喜欢把这种高折射率材料用于防反膜,分光膜,冷光膜,滤光片,高反膜,眼镜膜,热反射镜等.

④二氧化硅

无色透明晶体,熔点高,硬度大,化学稳定性好.纯度高,用其制备高质量Si02镀膜,蒸发状态好,不出现崩点.按使用要求分为紫外、红外及可见光用.如果压力过大,薄膜将有气孔并且易碎,相反压力过低薄膜将有吸收并且折射率变大.

⑤二氧化锆

白色重质结晶态,具有高的折射率和耐高温性能,化学性质稳定,纯度高,用其制备高质量氧化锆镀膜,不出崩点,影响一面平面透镜的透光度有许多成因.镜面的粗糙度会造成入射光的漫射,降低镜片的透光率.此外材质的吸旋光性,也会造成某些入射光源的其中部分频率消散的特别严重.例如会吸收红色光的材质看起来就呈现绿色.不过这些加工不良的因素都可以尽可能地去除.

⑥氧化铪

在150摄氏度的基板上有用电子枪蒸着,折射率在2.0左右,用氧离子助镀可能取和得2.05- -2.1 稳定的折射率,在8000- – 12000NM区HFO2用作铝保护膜外层好过SiO2.

3、氟化物类

①氟化镁

作为1/4波厚抗反射膜普遍使用来作玻璃光学薄膜,且有大约120NM真实紫外线到大约7000nm的中部红外线区域里透过性能良好，氟化镁材料特点:无色四方晶系粉末,纯度高,用其制备光学镀膜可提高透过率,不出崩点.

②氟化钙与氟化钡

它们的局限性都是缺乏完全致密性.透过性在高温时移到更长的波长,所以目前它们只能用在红外膜.

③氟化铅

在UV中可用作高折射率材料,在300nm时N=1.998,该材料与钼钽,钨舟接触时折射率将降低,因此需要用铂或陶瓷皿.

4、其他化合物类

①硫化锌

折射率为2.35,400-13000m的透光范围,具有良好的应力和良好的环境耐久性.主要应用于分光膜,冷光膜,装饰膜,滤光片,高反膜,红外膜.

②碲化铅

是一种具有高折射率的IR材料,作为薄膜材料在300–4000NM是透明的,在红外区N=5.1-5.5,该材料升华,基板板温度250摄氏度是有益的,健康预防是必要的,在高达40000NM时使用效果很好,别的材料常常用在超过普通的14000NM红外线边缘。

东莞市青罡新材料科技有限公司

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