用于玻璃上的增減反射膜

在眾多的光學系統(tǒng)中，一個相當重要的組成部分是透鏡通過蒸鍍膜材達到降低反射，也就是增加光線的透過率。在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，減反射膜是不可缺少的，否則，無法達到應(yīng)用的要求。就拿一個由18塊透鏡組成的35mm的自動變焦的照相機來說，假定每個玻璃和空氣的界面約有4%的反射，沒有增透膜的透鏡（鏡頭），光透過率僅為27%（估算方法：100-4×18=28），鍍有一層膜（剩余的反射為1.3%）的鏡頭光透過率為66%，鍍多層膜（剩余的反射為0.5%）的為85%。值得注意的是由于玻璃可以被高溫加熱，而塑料不能，因此，對玻璃和塑料必須選用不同的膜料和膜層設(shè)計。經(jīng)典的單層減反射膜由一薄層氟化鎂MgF2構(gòu)成，MgF2在510nm時的折射率為n=1.3858，以中心波長510nm去推算，需要的膜厚（幾何厚度也是物理厚度）為d=92nm。推算的方法如下：1/4光度厚度=510nm/4=127.5nm=折射率(n)×物理厚度(d)127.5nm=1.3858×d

D=92nm鍍在加熱到250-300°C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，穩(wěn)定，并且相當方便，經(jīng)濟，直接使用蒸發(fā)舟便可。想得到更低的反射率，最簡單的方法是鍍一層CeF3和一層MgF2（各為1/4的光學厚度），可用蒸發(fā)船。2層膜的優(yōu)點是在可見光范圍的中段有更低的反射率，缺點在于在紅，藍端的反射率上升過快。由于2層膜的效果不理想，為了達到理想的效果，必須使用3層或多層膜。經(jīng)典的3層膜由一層1/4光學厚度的中折射率物質(zhì)（1.6-1.7)，一層1/2光學厚度的高折射率物質(zhì)(2.0-2.2)和一層1/4光學厚度的低折射率物質(zhì)組成。最常用的是Al2O3，ZrO2和MgF2。圖1顯示在整個光學敏感段（410-680nm）的反射率低于0.5%。

圖1

Al2O3，ZrO2和MgF2三層減反射膜反射率設(shè)計曲線膜料對膜層效果有決定性的影響。除了理想的折射率，每次鍍膜時穩(wěn)定的折射率，均勻的膜層，低吸收性，牢固性，穩(wěn)定性也非常重要。MgF2是最常用的第三層低折射率物質(zhì)。但是，由于塑料不能被高溫加熱，用MgF2會使膜層變軟和不穩(wěn)定，此時，SiO2是最佳的選擇。在光學樹酯鏡片行業(yè)，均采用SiO2作為低折射率的膜材。Al2O3是最常用的第一層中折射率物質(zhì)。它的膜層從紅外到紫外線有相當高的透過率，十分牢固，穩(wěn)定，并且每次鍍膜時有穩(wěn)定的折射率。ZrO2通常被用作第二層高折射率物質(zhì)。它的優(yōu)點是從250到7000nm有寬廣的透過率，并且膜層牢固、穩(wěn)定。但是，每次鍍膜時呈現(xiàn)不同的折射率，也就是折射率會隨著膜厚的增加而降低，這種現(xiàn)象可能和它的特殊晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)ZrO2的另一個缺點是在蒸發(fā)是它只是部分的溶解，因此，很難得到均勻的膜厚。為了減少單體氧化物的這些缺點，可以使用混合氧化物。這些混合料可以根據(jù)客戶不同的折射率需要來生產(chǎn)。真空鍍膜機光學鍍膜加工上有什么要注意的嗎？當光線進入不同傳遞物質(zhì)時（如由空氣進入玻璃），大約有5%會被反射掉，在光學瞄準鏡中有許多透鏡和折射鏡，整個加起來可以讓入射光線損失達30%至40%。現(xiàn)代光學透鏡通常都鍍有單層或多層氟化鎂的增透膜，單層增透膜可使反射減少至1.5%，多層增透膜則可讓反射降低至0.25%，所以整個瞄準鏡如果加以適當鍍膜，光線透穿率可達95%。鍍了單層增透膜的鏡片通常是藍紫色或是紅色，鍍多層增透膜的鏡片則呈淡綠色或暗紫色。真空鍍膜機增透膜增加透射光強度的實質(zhì)是作為電磁波的光波在傳播的過程中，在不同介質(zhì)的分界面上，由于邊界條件的不同，改變了其能量的分布。對于單層薄膜來說，當增透膜兩邊介質(zhì)不同時，薄膜厚度為1/4波長的奇數(shù)倍且薄膜的折射率n=（n1*n2)^(1/2)時（分別是介質(zhì)1、2的折射率），才可以使入射光全部透過介質(zhì)。一般光學透鏡都是在空氣中使用，對于一般折射率在1.5左右的光學玻璃，為使單層膜達到100%的增透效果，可使n1=1.23，或接近1.23；還要使增透薄膜的厚度=（2k+1)倍四分之一個波長。單層膜只對某一特定波長的電磁波增透，為使在更大范圍內(nèi)和更多波長實現(xiàn)增透，人們利用鍍多層膜來實現(xiàn)。

人們對增透膜的利用有了很多的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)了不少可以作為增透膜的材料；同時也掌握了不少先進的鍍膜技術(shù)，因此增透膜的應(yīng)用涉及醫(yī)學、軍事、太空探索等各行各業(yè)，為人類科技進步作出了重大貢獻。德國默克公司根據(jù)客戶大量的實際使用情況和多年的膜料生產(chǎn)經(jīng)驗，研制開了一系列的混合料：H1，

高折射率，

2.1-2.15H2，

高折射率，

2.1-2.15H4，

高折射率，

2.1-2.15M1，

中折射率，

1.65-1.7H1,H2和H4可以被用來生產(chǎn)高折射率的膜層，在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可以被用來生產(chǎn)中折射率得膜層。H1,H4和M1也能鍍在未經(jīng)加熱的基底上，折射率會降低。

H1在從可見光到紫外的波段內(nèi)有相當高的透過率，在360nm左右有吸收。但是，同ZrO2一樣，無法從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此較難得到比較均勻的膜層。

H2在可見光的波段內(nèi)有很高的透過率，但是在380nm時有截止吸收，這意味著當鍍膜條件不理想時，在400nm時會有0.5%的吸收。H2的優(yōu)點在于它能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此有良好的同次性和均勻的膜厚。

H4在可見光的波段內(nèi)有很高的透過率，像H1一樣，在360nm左右有吸收。它也能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，具有良好的同次性和均勻的膜厚。圖2顯示了用ZrO2(n=2.05)和上述混合料(n=2.15)的3層增透膜的反射曲線得比較。從中可以看出用混合料的有較好的反射曲線。用ZrO2有較寬廣的曲線，但使用混合料在450和590nm時有幾乎為零的反射率。

圖2ZrO2(n=2.05)和上述混合料(n=2.15)的3層增透膜的反射曲線比較M1在從近紅外到近紫外的波段內(nèi)有很高的透過率，在300nm時有吸收。它也能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，具有良好的同次性和均勻的膜厚。此物質(zhì)適合于在高折射率的膜層上鍍增透膜。

圖3顯示了在高折射率(n=1.625)的玻璃基底上用Al2O3(n=1.65)和M1(n=1.7)的3層增透膜的反射曲線的比較。從中可以看出用M1的效果要好得多。蒸發(fā)鍍膜設(shè)備與技術(shù)真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備主要用于在經(jīng)予處理的塑料、陶瓷等制品表面蒸鍍金屬薄膜（鍍鋁、鉻、錫、不銹鋼等金屬）、七彩膜仿金膜等,從而獲得光亮、美觀、價廉的塑料,陶瓷表面金屬化制品。廣泛應(yīng)用于工藝美術(shù)、裝璜裝飾、燈具、家具、玩具、酒瓶蓋、女式鞋后跟等領(lǐng)域,JTPZ多功能鍍膜技術(shù)及設(shè)備（加有射頻等離子體聚合的蒸發(fā)鍍膜機），針對汽車、摩托車燈具而設(shè)計的，在一個真空室內(nèi)完成蒸發(fā)鍍鋁和射頻等離子體鍍保護膜，這種鍍膜后燈具具有“三防”功能。射頻等離子體聚合膜還應(yīng)用于光學產(chǎn)品、磁記錄介質(zhì)、軍事國防保護膜；防潮增透膜；防銹抗腐蝕；耐磨增硬膜。用戶選擇在燈具基體上噴底漆、鍍鋁膜、鍍保護膜或燈具基體在真空室進行前處理（不噴底漆）、鍍鋁膜、鍍保護膜工藝。在ABS,PC,PBT,PE,PP,PA66等塑料基體上直接鍍膜，不需噴底漆，也不需噴面漆(不需要投資噴涂設(shè)備），在鍍完鋁膜后直接鍍一層保護膜。滴1%NaOH溶液10分鐘鋁層不腐蝕，去離子水中浸飽96小時鋁層不脫落。我們也可以僅用