光学薄膜的特性原理及分类

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一、光学薄膜的定义
由薄的分层介质构成的，通过界面传播光束一类光学介质材料，光学薄膜已经广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。
光学薄膜的定义是：涉及光在传播路径过程中，附着在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层，通过分层介质膜层时的反射、透（折）射和偏振等特性，以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或偏振分离等各特殊形态的光。
平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品，或者是钞票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展的重要性。
光学薄膜系指在光学元件或独立基板上，制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合，以改变光波之传递特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。故经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。
一般来说，光学薄膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工艺。所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中，例如真空蒸镀是在一真空环境中，以电能加热固体原物料，经升华成气体后附着在一个固体基材的表面上，完成涂布加工。日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜，就是以干式涂布方式制造的产品。但是在实际量产的考虑下，干式涂布运用的范围小于湿式涂布。湿式涂布一般的做法是把具有各种功能的成分混合成液态涂料，以不同的加工方式涂布在基材上，然后使液态涂料干燥固化做成产品。
二、薄膜干涉原理
1.光的波动性
19世纪60年代，美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论，指出光是一种电磁波，使波动说发展到了相当完美的地步。
由于各种频率的电磁波在真空中的传播速度相等，所以频率不同的电磁波，它们的波长也就不同。频率高的波长短，频率低的波长长。射线等的波长（或频率）的大小，把它们依次排成一个谱，这个谱叫电磁波谱。
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波又因波长的不同而分为长波、中波、短波、超短波和微波等。其次是红外线、可见光和紫外线，这三部分合称光辐射。在所有的电磁波中，只有可见光可以被人眼所看到。可见光的波长约在0.76微米到0.40微米之间，仅占电磁波谱中很小的一部分。再次是X射线。波长最短的电磁波是y射线。
光既然是一种电磁波，所以在传播过程中，应该变现出所具有的特征-----干涉、衍射、偏振等现象。
2.薄膜干涉
薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。
若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察;对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。

光是由光源中原子或分子的运动状态发生变化辐射出来的，每个原子或分子每一次发出的光波，只有短短的一列，持续时间约为10亿秒对于两个独立的光源来说，产生干涉的三个条件，特别市相位相同或相位差恒定不变这个条件，很不容易满足，所以两个独立的一般光源是不能构成相干光源的。不仅如此，即使是同一个光源上不同部分发出的光，由于它们是不同的原子或分子所发出的，一般也不会干涉。
3.光学薄膜特点分类
主要的光学薄膜器件包括反射膜、减反射膜、偏振膜、干涉滤光片和分光镜等等，例如采用减反射膜后可使复杂的光学镜头的光通量损失成十倍的减小；采用高反射膜比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高；利用光学薄膜可提高硅电池的效率和稳定性。
光学薄膜根据其用途分类、特性与应用可分为：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。相关衍生的种类有光学级保护膜、窗膜等。

光学薄膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多。这是因为：制备时，薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料，起表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫反射；膜层之间的相互渗透形成扩散界面；由于膜层的生长、结构、应力等原因，形成了薄膜的各种向异性；膜层具有复杂的时间效应。
反射膜一般可分为两类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有将两者结合的金属电介质反射膜，功能是增加光学表面的反射率。