減反射膜(增透膜)的使用的注意事項

第十講、減反射膜(增透膜)一、單層增透膜 二、雙層增透膜 三、三層及單層增透膜 四、在太陽能中的運用 五、高折射率基底材料的的減反射膜 六、使用的留意事項 內容 典型膜系介紹增透膜 分光膜 反射膜 濾光片 特殊膜系 增透膜（減反射膜）我們都曉得當光線從折射率為n 另一介質時在兩介質的分界面上都會形成光的反射。如果介質沒有吸收，分界面是一光學表面，光線又是平行 入射，則反射率R為： 透射率透射率損失，像的色溫減少，影響作用距離等； 雜光影響，像的暗喻度增加； 目前已有太多不同類別的增透膜可供運用，以滿足技術光學領域的極大部份還要。 可是復雜的光學系統跟雷射光學，對減反射功耗常常 有特殊嚴苛的要求。 例如，大功率雷射系統要求這些器件有極低的表面反 射，以防止敏感器件遭到不需要的反射的破壞，并且 對于薄膜常常有雷射信噪比的要求。 此外，寬帶增透膜可以減少像品質、色平衡跟作用離 離，而讓系統的全部功耗提高，因此，生產實際的需 要推動了減反射膜的不斷發展。 設計減反膜并沒有完整的系統的方式，簡捷的途徑是 用矢量法，并通過試行法得到較滿意的結構，然后進 行數值估算作準確驗算，以清除矢量法所固有的近似 影響。

一、單層增透膜雙層增透膜是提高界面反射的最簡單途 徑，如下圖用矢量法剖析： 之間的傾角2δ而變化合矢量端點的軌跡為一圓周。 當膜層的光學長度為某一波速的四分之一時，則兩個矢量的方 向完全相反。 sincos sincos =1.91.38 單層增透膜的出現，在歷史上是一個重大的進展，直至現在仍廣泛地拿來滿足一些簡略的用途。 但是它存在著兩個主要的缺陷： 首先、對大多數應用來說剩余反射還變得很高； 此外，從未鍍膜表面反射的光線，在色調上仍保持中性而 從鍍膜表面反射的光線就不然，破壞了色的平銜。其結果 是不或許做出良好的色調還原，作為變焦距鏡頭超廣角鏡 頭，大相對孔徑等新型透鏡系統中的涂層，那更是不能符 合要求。 有兩個途徑可以增加增透療效： 采用變折射率的何謂非均勻膜，它的折射率隨著長度的 增加呈連續的變化； 采用幾層折射率不同的均勻薄膜構成單層增透膜； 二、雙層增透膜對于多層氟化鎂膜來說冕牌玻璃的折射率是很低了。 為此，我們可以在玻璃基片上先鍍一層1/4波速厚的、折 的薄膜反射膜，這時對于來說薄膜跟基片組合的系統可以用一折射率為Y=(n 的假想基片來等價。顯然，當n 。也就是說，在玻璃基片上先鍍一層高折射率的1/4波速厚的膜層后，基片的折射率 ，然后鍍上1/4波速厚的氟化鎂膜層能夠起至更好的增透療效。

構成λ /4型增透膜，若讓中心波速的反射率為零，應滿足： =1.810 當折射率完全滿足以上關系的材料不能找到時，可以通 過長度的調整來達到。 如圖所示，n 便是待定的膜層位相長度。用矢量法進行剖析： 通常11 用矢量法求出單層增透膜的各層寬度，只有當矢量r 組成封閉三角形能夠讓合矢量為零。顯然，圖示的兩種形式，都能使三角形封閉。解(b)的膜層總厚 度比解(a)的小，它對波速的敏感性也較小，所以一般取此解。 因此只須以矢量r 為直徑作兩個圓，兩個圓的交點就是滿足合矢量為零條件的矢量r 12紫線：n =540/4nm紅線：n =28.3nm13 上面討論的λ 結構的V形膜只好在較窄的波譜范圍內有效地減反射，因此僅適合于工作短線窄的系統中應用。 厚度為λ 兩側，可望有兩個反射率極小值，反射率曲線呈W型，所以還有把這些單層 增膜稱作為W型膜的。 對于中心波速膜層跟基片組合的特性矩陣為： sinsin cos cos sincos sin cos 顯然，在中心波速處的反射率與雙層膜相似。14 =1.52紫線：n =1.90粉線：n =2.41.3 15 雙層增透膜的減反射功耗比雙層增透膜要優越得多，但它并沒 有全部擺脫雙層增透膜的兩個主要劣勢：(1)剩余反射高；(2) 帶寬小。

為了擺脫以上的劣勢，人們設計出了三層以及單層增透膜。 比較典型的就是：λ 型的增透膜在中心波速處增透療效好而且時延較小，λ /2型的增透膜在一定程度上紊流了碼率雖然總體的減反射療效不理想，人們想起將他們結合上去， 設計出λ 4)型增透膜，不僅增加了增透療效，而且信噪比了時延。 總之，人們可以通過調整層數、厚度、材料來不斷的優化設計， 由于實際工作中λ /4整數倍長度組成的膜系稱為規整膜系，反之為非規整膜系。三、三層跟單層增透膜 16 1.382.25 1.62 1.48 1.0 1.62 1.382.13 1.9 1.38 1.0 1.62 18四、高折射率基底材料的的減反射膜 在可見縣應用的大多數光學玻璃，通常在波速小于3微米之后 就不再透明。 因此，在紅外區一直選用這些特種玻璃跟晶體材料非常是半導 體材料。 半導體有很高的折射率，例如硅約為3.4而鈧大概是4。這些半 導體基片若不鍍增透膜，就不或許廣泛地使用。 這個問題不同于可見縣，在可見縣，其目的是將大概4%的反 射損失減少至千分之幾，而在紅外縣，則是將30%左右甚至更 高的反射損失減少為百分之幾。 一般說在紅外縣百分之幾的損失是容許的反射膜，因而低折射率基片 通常極少鍍減反膜。

紅外材料鍍膜從原理上講同可見縣材料是一致的，只不過材料 的選擇余地較小。 19 五、減反射膜的一個特殊應用——光學涂層 應用于太陽能運用方面 太陽能運用有光熱轉化、光熱電轉換跟光電直接轉化三種主要 形式。 前兩種方式都要有一個選擇性的吸收表面，使之對太陽輻射有 最高的吸收而熱輻射損失又最小，以便有效地運用太陽能。 這一點運用光學涂層是容易實現的。 20 21 六、使用增透膜的幾個留意事項 使用的波速范圍，單點還是寬波譜或一段波譜帶一 點；例如可見縣(400nm-700nm)，或紅外（3700nm- 4800nm)，或可見縣加1064nm等； 剩余反射率指標；（平均或最大剩余反射率） 使用視角或視角范圍； 使用環境；（有無防水、防熱、防電三防要求等） 有無雷射信噪比要求；