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0510-88276101鍍膜工藝：光學(xué)薄膜在高真空度的鍍膜腔中實(shí)現(xiàn)
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光學(xué)薄膜在高真空度的鍍膜腔中實(shí)現(xiàn)。常規(guī)鍍膜工藝要求升高基底溫度；而較先進(jìn)的技術(shù)，如離子輔助沉積(IAD)可在室溫下進(jìn)行。IAD工藝不但生產(chǎn)比常規(guī)鍍膜工藝具有更好物理特性的薄膜，而且可以應(yīng)用于塑料制成的基底。
圖19.11展示一個(gè)操作者正在光學(xué)鍍膜機(jī)前。抽真空主系統(tǒng)由兩個(gè)低溫泵組成。電子束蒸發(fā)、IAD沉積、光控、加熱器控制、抽真空控制和自動過程控制的控制模塊都在鍍膜機(jī)的前面板上。
圖19.12示出裝配在高真空鍍膜機(jī)基板上的硬件布局。兩個(gè)位于基板兩邊，周圍是環(huán)形罩并被擋板覆蓋。離子源位于中間，光控窗口在離子源的前方。圖19.13示出真空室的頂部，真空室里有含6個(gè)圓形夾具的行星系統(tǒng)。夾具用于放置被鍍膜的光學(xué)元件。使用行星系統(tǒng)是保證被蒸發(fā)材料在夾具區(qū)域內(nèi)均勻分布的選擇方法。夾具繞公共軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)繞其自身軸旋轉(zhuǎn)。光控和晶控處于行星驅(qū)動機(jī)械裝置的中部，驅(qū)動軸遮擋晶控。背面的大開口通向附加的高真空泵?；准訜嵯到y(tǒng)由4個(gè)石英燈組成，真空室的兩邊各兩個(gè)。
薄膜沉積的傳統(tǒng)方法一直是熱蒸發(fā)，或采用電阻加熱蒸發(fā)源或采用電子束蒸發(fā)源。薄膜特性主要決定于沉積原子的能量，傳統(tǒng)蒸發(fā)中原子的能量約0.1eV。IAD沉積導(dǎo)致電離化蒸汽的直接沉積并且給正在生長的膜增加活化能，通常為50eV量級。離子源將束流指向基底表面和正在生長的薄膜來改善傳統(tǒng)電子束蒸發(fā)的薄膜特性。
薄膜的光學(xué)性質(zhì)，如折射率、吸收和激光損傷閾值，主要依賴于膜層的顯微結(jié)構(gòu)。薄膜材料、殘余氣壓和基底溫度都可能影響薄膜的顯微結(jié)構(gòu)。如果蒸發(fā)沉積的原子在基底表面的遷移率低，則薄膜會含有微孔。當(dāng)薄膜暴露于潮濕的空氣時(shí)，這些微孔逐漸被水汽所填充。
填充密度定義為薄膜固體部分的體積與薄膜的總體積(包括空隙和微孔)之比。對于光學(xué)薄膜，填充密度通常為0.75～1.0，絕大部分為0.85～0.95，很少達(dá)到1.0。小于l的填充密度使所蒸發(fā)材料的折射率低于其塊料的折射率。
在沉積過程中，每一層的厚度均由光學(xué)或石英晶體監(jiān)控。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，這里不作討論。其共同點(diǎn)是材料蒸發(fā)時(shí)它們均在真空中使用，因而，折射率是蒸發(fā)材料在真空中的折射率，而不是暴露于潮濕空氣中的材料折射率。薄膜吸收的潮氣取代微孔和空隙，造成薄膜的折射率升高。由于薄膜的物理厚度保持不變，這種折射率升高伴有相應(yīng)的光學(xué)厚度的增加，反過來造成薄膜光譜特性向長波方向的漂移。為了減小由膜層內(nèi)微孔的體積和數(shù)量所引起的這種光譜漂移，采用高能離子以將其動量傳遞給正在蒸發(fā)的材料原子，從而有效增加材料原子在基底表面處凝結(jié)期間的遷移率。
鍍膜的折射率
光學(xué)鍍膜機(jī)
根據(jù)電磁學(xué)的基本理論里，提到對于不同介質(zhì)的透射與反射。
若是由介質(zhì) n1垂直入射至 n2
反射率=[ (n2－n1) / (n1+n2) ]^2
穿透率=4n1n2 / (n1+n2)^2
范例講解：
若是空氣的折射率是 1.0 ，鍍膜的折射率nc (例如：1.5) ，玻璃的折射率n (例如：1.8)（1）由空氣直接進(jìn)入玻璃
穿透率= 4×1.0×1.8 / ( 1+1.8 )2=91.84%
（2）由空氣進(jìn)入鍍膜后再進(jìn)入玻璃穿透率=[ 4×1.0×1.5 / ( 1+1.5 )2] × [ 4×1.5×1.8 / ( 1.5+1.8 )2]=95.2%
可見有鍍膜的玻璃會增加透光度。此外由此公式，我們可以計(jì)算光線穿透鏡片的兩面，發(fā)現(xiàn)即使一片完
光學(xué)鍍膜機(jī)
美的透鏡（折射率1.8），其透光度約為85%左右。若加上一層鍍膜（折射率1.5），則透光度可達(dá)91%?？梢姽鈱W(xué)鍍膜的重要性。
鍍膜的厚度
我們已經(jīng)知道透光度與鍍膜
光學(xué)鍍膜玻璃
的折射率有關(guān)，但是卻無關(guān)于它的厚度?？墒俏覀?nèi)裟茉阱兡さ暮穸壬舷曼c(diǎn)功夫，會發(fā)現(xiàn)反射光A與反射光B相差 nc×2D 的光程差。如果
nc×2D=（N+ 1/2）λ 其中 N= 0,1,2,3,4,5..... λ為光在空氣中的波長
則會造成該特定波長的反射光有相消的效應(yīng)，因此反射光的顏色會改變。
例如，鍍膜的厚度若造成綠色光的相消，則反射光會呈現(xiàn)紅色的。市面上許多看似紅色鏡片的望遠(yuǎn)鏡都是用這個(gè)原理制作的。盡管如此，透射
光學(xué)鍍膜機(jī)
光卻沒有偏紅的現(xiàn)象。
在許多復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)里，反射光的抑制是十分重要的功課。因此一組鏡片之間，會利用不同的鍍膜厚度來消去不同頻率的反射光。所以越高級的光學(xué)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)反射光的顏色也會越多。
光學(xué)鍍膜材料
常見的光學(xué)鍍膜材料有以下幾種：
1、氟化鎂
材料特點(diǎn)：無色四方晶系粉末，純度高，用其制備光學(xué)鍍膜可提高透過率，不出崩點(diǎn)。
2、二氧化硅
材料特點(diǎn)：無色透明晶體，熔點(diǎn)高，硬度大，化學(xué)穩(wěn)定性好。純度高，用其制備高質(zhì)量Si02鍍膜，蒸發(fā)狀態(tài)好，不出現(xiàn)崩點(diǎn)。按使用要求分為紫外、紅外及可見光用。
3、氧化鋯
材料特點(diǎn) 白色重質(zhì)結(jié)晶態(tài)，具有高的折射率和耐高溫性能，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，純度高，用其制備高質(zhì)量氧化鋯鍍膜，不出崩點(diǎn)。（本文轉(zhuǎn)自功能膜世界）
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圖19.11展示一個(gè)操作者正在光學(xué)鍍膜機(jī)前。抽真空主系統(tǒng)由兩個(gè)低溫泵組成。電子束蒸發(fā)、IAD沉積、光控、加熱器控制、抽真空控制和自動過程控制的控制模塊都在鍍膜機(jī)的前面板上。
圖19.12示出裝配在高真空鍍膜機(jī)基板上的硬件布局。兩個(gè)位于基板兩邊，周圍是環(huán)形罩并被擋板覆蓋。離子源位于中間，光控窗口在離子源的前方。圖19.13示出真空室的頂部，真空室里有含6個(gè)圓形夾具的行星系統(tǒng)。夾具用于放置被鍍膜的光學(xué)元件。使用行星系統(tǒng)是保證被蒸發(fā)材料在夾具區(qū)域內(nèi)均勻分布的選擇方法。夾具繞公共軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)繞其自身軸旋轉(zhuǎn)。光控和晶控處于行星驅(qū)動機(jī)械裝置的中部，驅(qū)動軸遮擋晶控。背面的大開口通向附加的高真空泵?；准訜嵯到y(tǒng)由4個(gè)石英燈組成，真空室的兩邊各兩個(gè)。
薄膜沉積的傳統(tǒng)方法一直是熱蒸發(fā)，或采用電阻加熱蒸發(fā)源或采用電子束蒸發(fā)源。薄膜特性主要決定于沉積原子的能量，傳統(tǒng)蒸發(fā)中原子的能量約0.1eV。IAD沉積導(dǎo)致電離化蒸汽的直接沉積并且給正在生長的膜增加活化能，通常為50eV量級。離子源將束流指向基底表面和正在生長的薄膜來改善傳統(tǒng)電子束蒸發(fā)的薄膜特性。
薄膜的光學(xué)性質(zhì)，如折射率、吸收和激光損傷閾值，主要依賴于膜層的顯微結(jié)構(gòu)。薄膜材料、殘余氣壓和基底溫度都可能影響薄膜的顯微結(jié)構(gòu)。如果蒸發(fā)沉積的原子在基底表面的遷移率低，則薄膜會含有微孔。當(dāng)薄膜暴露于潮濕的空氣時(shí)，這些微孔逐漸被水汽所填充。
填充密度定義為薄膜固體部分的體積與薄膜的總體積(包括空隙和微孔)之比。對于光學(xué)薄膜，填充密度通常為0.75～1.0，絕大部分為0.85～0.95，很少達(dá)到1.0。小于l的填充密度使所蒸發(fā)材料的折射率低于其塊料的折射率。
在沉積過程中，每一層的厚度均由光學(xué)或石英晶體監(jiān)控。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，這里不作討論。其共同點(diǎn)是材料蒸發(fā)時(shí)它們均在真空中使用，因而，折射率是蒸發(fā)材料在真空中的折射率，而不是暴露于潮濕空氣中的材料折射率。薄膜吸收的潮氣取代微孔和空隙，造成薄膜的折射率升高。由于薄膜的物理厚度保持不變，這種折射率升高伴有相應(yīng)的光學(xué)厚度的增加，反過來造成薄膜光譜特性向長波方向的漂移。為了減小由膜層內(nèi)微孔的體積和數(shù)量所引起的這種光譜漂移，采用高能離子以將其動量傳遞給正在蒸發(fā)的材料原子，從而有效增加材料原子在基底表面處凝結(jié)期間的遷移率。
鍍膜的折射率
光學(xué)鍍膜機(jī)
根據(jù)電磁學(xué)的基本理論里，提到對于不同介質(zhì)的透射與反射。
若是由介質(zhì) n1垂直入射至 n2
反射率=[ (n2－n1) / (n1+n2) ]^2
穿透率=4n1n2 / (n1+n2)^2
范例講解：
若是空氣的折射率是 1.0 ，鍍膜的折射率nc (例如：1.5) ，玻璃的折射率n (例如：1.8)（1）由空氣直接進(jìn)入玻璃
穿透率= 4×1.0×1.8 / ( 1+1.8 )2=91.84%
（2）由空氣進(jìn)入鍍膜后再進(jìn)入玻璃穿透率=[ 4×1.0×1.5 / ( 1+1.5 )2] × [ 4×1.5×1.8 / ( 1.5+1.8 )2]=95.2%
可見有鍍膜的玻璃會增加透光度。此外由此公式，我們可以計(jì)算光線穿透鏡片的兩面，發(fā)現(xiàn)即使一片完
光學(xué)鍍膜機(jī)
美的透鏡（折射率1.8），其透光度約為85%左右。若加上一層鍍膜（折射率1.5），則透光度可達(dá)91%?？梢姽鈱W(xué)鍍膜的重要性。
鍍膜的厚度
我們已經(jīng)知道透光度與鍍膜
光學(xué)鍍膜玻璃
的折射率有關(guān)，但是卻無關(guān)于它的厚度?？墒俏覀?nèi)裟茉阱兡さ暮穸壬舷曼c(diǎn)功夫，會發(fā)現(xiàn)反射光A與反射光B相差 nc×2D 的光程差。如果
nc×2D=（N+ 1/2）λ 其中 N= 0,1,2,3,4,5..... λ為光在空氣中的波長
則會造成該特定波長的反射光有相消的效應(yīng)，因此反射光的顏色會改變。
例如，鍍膜的厚度若造成綠色光的相消，則反射光會呈現(xiàn)紅色的。市面上許多看似紅色鏡片的望遠(yuǎn)鏡都是用這個(gè)原理制作的。盡管如此，透射
光學(xué)鍍膜機(jī)
光卻沒有偏紅的現(xiàn)象。
在許多復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)里，反射光的抑制是十分重要的功課。因此一組鏡片之間，會利用不同的鍍膜厚度來消去不同頻率的反射光。所以越高級的光學(xué)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)反射光的顏色也會越多。
光學(xué)鍍膜材料
常見的光學(xué)鍍膜材料有以下幾種：
1、氟化鎂
材料特點(diǎn)：無色四方晶系粉末，純度高，用其制備光學(xué)鍍膜可提高透過率，不出崩點(diǎn)。
2、二氧化硅
材料特點(diǎn)：無色透明晶體，熔點(diǎn)高，硬度大，化學(xué)穩(wěn)定性好。純度高，用其制備高質(zhì)量Si02鍍膜，蒸發(fā)狀態(tài)好，不出現(xiàn)崩點(diǎn)。按使用要求分為紫外、紅外及可見光用。
3、氧化鋯
材料特點(diǎn) 白色重質(zhì)結(jié)晶態(tài)，具有高的折射率和耐高溫性能，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，純度高，用其制備高質(zhì)量氧化鋯鍍膜，不出崩點(diǎn)。（本文轉(zhuǎn)自功能膜世界）
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