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光学薄膜特性分类

人气:201 发表时间:2022-01-05

 

主要光学薄膜器件包括反射膜、减反射膜、偏振膜、干涉滤光片、分光镜等,广泛应用于国民经济和国防建设,越来越受到科技工作者的重视。例如,使用减反射膜后,复杂光学镜头的光通量损失可以减少10倍;使用高反射膜比的反射镜可以增加激光器的输出功率;使用光学膜可以提高硅电池的效率和稳定性。

简单的光学薄膜模型是表面光滑、各向同性的均匀介质薄膜层。在这种情况下,光学薄膜的光学性质可以通过光的干扰理论来研究。当一束单色光平面波进入光学薄膜时,它的两个表面反射多次,反射定律和折射定律给出反射光和折射光的方向,菲涅尔公式确定反射光合折射光的振幅。

光学薄膜可分为反射膜、增透膜/减反射膜、滤光片、偏光片/偏光膜、补偿膜/相位差板、配向膜、扩散膜/片、增亮膜/棱镜片/聚光片、遮光膜/黑白胶等。相关衍生物有光学保护膜、窗膜等。

光学薄膜的特点是表面光滑,薄膜之间的界面几何分割;薄膜的折射率可以在界面上跳跃,但在薄膜中是连续的;可以是透明介质,也可以是吸收介质;可以是均匀的,也可以是不均匀的。实际应用的薄膜比理想的薄膜要复杂得多。这是因为:在制备过程中,薄膜的光学和物理性质偏离大材料,表面和界面粗糙,导致光束的漫反射;薄膜之间的相互渗透形成扩散界面;由于薄膜的生长、结构、应力等原因,形成各种向异性;复杂的时间效应。

反射膜一般可分为两类,一类是金属反射膜,另一类是全电介质反射膜。此外,还有金属电介质反射膜,可以增加光学表面的反射率。

一般来说,金属具有较大的消光系数。当光束从空气进入金属表面时,进入金属的光振幅迅速衰减,进入金属的光能相应减少,反射光能增加。消光系数越大,光振幅衰减越快,进入金属的光能越少,反射率越高。人们总是选择消光系数大、光学性能稳定的金属作为金属膜材料。紫外线区常用的金属薄材料是铝,可见光区常用的铝和银,红外区常用的金、银和铜。此外,铬和铂通常用作一些特殊薄膜的薄膜材料。由于铝、银、铜等材料在空气中容易氧化,性能降低,必须用电介质膜进行保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。

金属反射膜的优点是制备工艺简单,工作波长范围广;缺点是光损大,反射率不能很高。为了进一步提高金属反射膜的反射率,可以在膜外涂几层一定厚度的电介质层,形成金属电介质反射膜。需要指出的是,金属电介质膜增加了一定波长波区)的反射率,但破坏了金属膜的中性反射特性。


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