光学薄膜能改善系统性能,对光学仪器的质量起着重要或决定性的作用。这种材料从20世纪30年代开始得到应用,到如今已经形成了一门独立的技术,在天文、军事、医学、科学检测、光显示和光通讯等行业中被广泛应用。下面让模切之家带你解析一下浅析光学薄膜的原理和发展历程如何。


光学薄膜的原理

光学薄膜是指镀在一些光学器件或其他器件表面上的薄膜,来选择性的吸收某些波长的光,改变某些波长的光的透射性或偏振状态,或者相位来满足人们的需要。改变光的透射性光学薄膜一般由介质或金属分子蒸发而成,对于不同波长的光可以制成不同的厚度,使用这些滤波片要比使用单色光源方便的多。


反射、减反射以及光谱调控是光学薄膜的基本功能。利用反射功能,光学薄膜可以将光线按不同的角度折转到空间的各个方向。利用减反射功能,光学薄膜可以将光线在元件表面发生反射时将光的损耗降到最低,因而使光学器件和光学系统的功能更加的完美。利用光谱调控功能,可以将光学系统中的色度进行变换,获得缤纷绚丽的色彩。


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光学薄膜的发展历程

如果从Fraunhofer利用化学方法制备出减反射层算起,光学薄膜已经有近两百年的历史。但是,光学薄膜真正作为一类光学元件应用于光学系统,应该从20世纪30年代扩散泵应用于真空系统开始。近几十年来,特别是电子计算机广泛应用于光学薄膜的设计和薄膜制备过程以来,光学薄膜元件和技术得到突飞猛进的发展,形成一种欣欣向荣的大好局面。


最早论述光学薄膜性质及其制备技术的专著是Heavens在1955年出版的Optical Properties of Thin Solid Films及Holland在1956年出版的Vacuum Deposition of Thin Films这两本书,20世纪60年代初就有了中译本。在光学薄膜的发展历程中,光学薄膜的专著出版了很多本,比较有代表性的是Maeleod的Thin Film Optical Filters,该书2001年已经有第三版问世,每一版都反映了光学薄膜发展的一个新阶段。


国内比较有影响的是唐晋发等1976年出版的《应用薄膜光学》。在此基础上2006年又出版了《现代光学薄膜技术》,不仅充实了薄膜技术的内容,光学薄膜本身的科学内容也有开阔和加深。其他专著如Herman在1996年出版的Optical Diagnostics for Film Processing,Freund等2003年出版的Thin Film Materials Stress Defect Formation and Surface Evolution以及Lakhtakia在2006年出版的Sculptured Thin films Nanoengineered Morphology and Optics等,都在不同方面反映了光学薄膜的进展。


光学薄膜技术相关领域

光学薄膜技术涉及多个技术领域,总结光学薄膜相关国家标准和行业标准时,主要关注了以下5个主题方向。


1、膜层功能:光学薄膜可实现诸如反射、增透、滤光、分束等不同功能,以满足多样化的设计要求。不同膜层功能需要用不同的技术指标去描述和评判。


2、面形偏差:实际光学表面与理想光学表面必然存在一定的偏差,这称为面形偏差。在光学薄膜领域,面形偏差一方面由基片加工水平决定,另一方面也会受到膜层应力的影响而降低或加剧。


3、表面疵病:镀膜表面会存在一定的缺陷,如麻点、擦痕等,统称为表面疵病。表面疵病程度会影响光学系统的性能,进而制约着光学薄膜的用途。


4、环境适应性:光学薄膜必然工作于一定的环境条件(如:温度、湿度等),而在该条件下薄膜能否长久稳定工作,体现了光学薄膜环境适应性的强弱。环境适应性是评判光学薄膜的一项重要因素,需要用一定的环境试验来检验。


5、产品应用:光学薄膜最终会形成产品(光学元件),安装在仪器中以满足一定的使用要求。一种应用类型的光学薄膜产品中可能涉及多个功能的膜层。


随着光学薄膜应用越来越广泛,技术也不断发展进步,虽然依然有某些方面需要改进,但是按照目前的发展势头,以后问题都能一一解决。现代研究者并没有放弃对光学薄膜的研究,而是经过进一步研究使其能逐渐适应发展。而且现在人们还在不断研究新型的光学薄膜,将其利用到新型设备中,以满足相关学科的进步。我们还要将光学薄膜保护环境方面的性能开发出来,将可持续发展进行到底。