光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术
光学薄膜制备技术
光学薄膜制备技术简介光学薄膜是一种通过沉积多层材料制成的薄膜，在光学器件和光学元件中广泛应用。
光学薄膜的制备过程需要控制多种参数和技术，涉及多种物理和化学现象。
近年来，已经得到了很大的发展，使得现在可以制备几个纳米厚度、具有高度均匀性和光学特性的光学薄膜。
目前，主要包括磁控溅射、电子束蒸发、化学气相沉积和离子束沉积等技术。
磁控溅射磁控溅射技术是一种制备光学薄膜的重要方法。
该技术是通过将一种(或多种)源材料放于真空环境下，在靶材表面进行溅射过程。
原子或离子经过激发溅射，蒸发和再沉积形成目标薄膜。
这种方法的制备过程控制简单、设备体积小、温度低、制备效率高。
同时，该技术具有材料选用多样性，并且具有可重复性强，制备出来的薄膜具有致密性好、均匀性优、易于加工和修饰等优点。
但是，磁控溅射技术也存在一定的局限性，如成本较高，不能在大范围内均匀沉积薄膜。
电子束蒸发电子束蒸发技术是目前使用最广的一种。
该技术是在真空环境下，通过电子束轰击靶材表面，使得材料蒸发和再沉积形成目标薄膜。
该技术可以通过调节电子束能量及功率，可以获得不同的沉积速度和降温速度，能够得到不同质量的薄膜。
与此同时，该技术还具有能够沉积多种材料（涉及Magnetron）和表面平整度高等优点，使其得到广泛的应用。
化学气相沉积化学气相沉积是一种在固态表面上沉积薄膜的技术。
该技术是在高纯度惰性气体(如氩气)气氛中使用化学反应沉积薄膜。
该技术沉积薄膜质量轻，均匀度好，并且所需要的设备比磁控溅射和电子束蒸发都更为简单，但是这类技术需要较高的处理温度，并且只能沉积较小的薄膜。
离子束沉积法离子束沉积是薄膜制备领域中最高端的方法之一，是通过控制离子束垂直轰击靶材表面，使得材料蒸发施加各种物理或化学分析技术，形成目标薄膜。
这种技术能够制备高品质、高压缩力度的薄膜，并且同时非常适合制备相对薄且复杂的薄膜，可直接获得高性能装置。
总结已经经历了几个阶段和技术的发展，几十年来的发展和改进使得制备的光学薄膜质量和性能达到了极高的水平，最终使得光学薄膜应用范围极广，涉及到麻烦的光学部件、天文学、红外线侦查等领域。
第三章薄膜制备技术ppt课件
分子束外延是在超高真空条件下精确控制源材料的中性分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。从本质上讲，分子束外延也属于真空蒸发方法，但 与传统真空蒸发不同的是，分子束外延系统具有超高真空，并配有原位监测和分析系统，能够获得高质量的单晶薄膜。
2、溅射法 荷能粒子轰击固体材料靶，使固体原子从表面射出，这些原子具有一定的动能和方向性。在原子射出的方向上放上基片，就可在基片上形成一层薄膜，这种制备薄膜的方法叫做溅射法。 溅射法属于物理气相沉积(PVD)，射出的粒子大多处于原子状态，轰击靶材料的荷能粒子一般是电子、离子和中性粒子。
3.1.2 化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体，在特定激活条件下(一般是利用加热、等离子体和紫外线等各种能源激活气态物质)，通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积到基片上制取膜层的一种方法。 Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process often used in the semiconductor industry for the deposition of thin films of various materials.
光学薄膜技术
光学薄膜技术
光学薄膜技术是一种广泛应用于科研、工业、医疗、航空、航天、国防等多个领域的技术，它主要涉及成像光学系统应用和非成像光学系统应用两个方面，可以实现光谱选择、光能量增强以及色差均衡等。
随着应用领域的不断拓展，光学薄膜技术已经发展成为一门独立的专业技术。
在成像光学系统应用方面，各种空间相机、光谱仪、望远镜等的不断开发和应用为光学薄膜技术的发展拓展出了更加广阔的应用领域，如红外光学薄膜在卫星遥感、导航等方面的应用，窄带超窄带滤光片在新一代空间光学遥感仪中的应用等。
非成像光学系统应用则主要实现光谱选择、光能量增强以及色差均衡等。
例如，光谱选择可以用于卫星遥感、国土资源探测、海洋探测等领域；光能量增强可以用于提高照明、显示等领域的光效；色差均衡可以用于改善视觉效果、提高颜色质量等。
随着空间技术的不断发展，对地观测与空间探测等遥感探测技术成为空间技术的主要发展方向，主要包括气象观测、国土资源探测、海洋探测等。
这些领域的应用对光学薄膜的影响逐渐得到了重视和研究，已发展出了空间光学薄膜技术。
总之，光学薄膜技术是一种古老而又新型的光学技术，它有着广泛的应用前景和不断拓展的应用领域，同时也有着不断深入的研究和发展。
光学薄膜制备技术与应用探究
光学薄膜制备技术与应用探究随着科技的发展，光学在现代工业、生物医学、通信、信息处理等领域的应用越来越广泛，而光学薄膜作为光学器件生产制造的重要材料，对于提高器件的性能和降低成本十分关键。
本文将重点探究光学薄膜制备技术和应用。
一、光学薄膜制备技术1.溅射法溅射法是目前最为成熟的光学薄膜制备方法之一。
它利用离子束或电子束轰击靶材，靶材表面的原子或分子被抛出，形成高能离子和原子束，然后被沉积在基底表面成为薄膜。
溅射法具有较高的原子利用率和较均匀的沉积厚度分布，广泛应用于制备多种光学薄膜，如金属膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用化学反应在气相中生成沉积物的方法。
它可以在特定条件下使气相中的化学物质分子分解，并在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积法具有高沉积速率和广泛的沉积物种类，可制备不同性质、不同组成的光学薄膜。
3.离子束共沉积法离子束共沉积法是在离子束轰击靶材的同时，向靶材表面注入气体分子，通过化学反应在基底表面生成薄膜。
离子束共沉积法可以制备纯度高、致密度大的光学薄膜。
4.离子束抛光法离子束抛光法是通过利用离子束对物体表面进行抛光，去除表面缺陷，提高基底表面的光学质量，然后在抛光后的基底表面沉积光学薄膜。
离子束抛光法可制备高质量、高精度的光学器件。
二、光学薄膜应用案例光学薄膜在现代工业、生物医学、通信、信息处理等领域得到广泛应用，以下列举几个典型的应用案例。
1.光学薄膜在激光器中的应用激光器是一种利用光的放大效应产生一束高亮度、高密集度、高能量的光源，广泛用于医学、工业、军事等领域。
光学薄膜在激光器中起着关键作用，它可以用来增强激光器的输出功率、提高工作效率、保护光学元件表面。
2.光学薄膜在光电子器件中的应用光电子器件是一种能够将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号的器件，广泛应用于通信、计算机、医疗等领域。
光学薄膜是光电子器件中的关键元件之一，如激光器、电视机中的观看窗口、摄像机中的多层反射镜片等。
第三章 薄膜光学基础理论1
S
D ds d
S
B ds 0
B ds L E dl t S D j ds L H dl t S
波动方程的解
麦克斯韦方程的微分形式：
(1) (2) (3) (4)
对4式两端对时间求导数，则
N 2 H =i E (13) 2 c
(15)
H z H y ( H ) x = y z 2 N 2 N = i s0 y H z i s0 z H y
2 N = i (S0 H ) x
2 N (S0 H ) y
N 2 将(13)式 H =i E 代入(16)式， 2 c
i t 2 nx
说明在导电介质（ 0，因而k 0）是一个衰减波， 消光系数k 是介质吸收电磁波能量的度量。 时，振幅衰减到原来的1 e 2 k 【介质内产生的电流将波的能量转换为热能】 当x =
光学导纳
对 E E0 e
2 kx
e
i t 2 nx
S EH
E E0e
H H 0e
i t x
= E eit x E eit
0 0
i t
:电振动的初相；实数部分 E E0 cos(t ) : 磁振动的初相；实数部分 H H 0 cos(t )
坡印廷矢量：
瞬时值忽大忽小 一个周期的平均值是定值 定义坡印廷矢量的平均值为光强度I
1 T I E0 H 0 cos(t ) cos(t ) d t T 0 1 = E0 H 0 cos( ) 2 ( EH * )的实数部分为 Re( EH * )= Re E0 eit H 0 e it E0 H 0 cos( ) I 1 Re( EH * ) 2
第3章-光学薄膜的设计理论
1 2
则：
Y
C
B
,
B C
称为膜系的特征矩阵
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第３章 光学薄膜的设计理论
单层膜的反射 单层膜的反射率为：
r 0 0 Y Y,R 0 0 Y Y 0 0 Y Y
这样就把单层膜的问题等效成了单一 界面的问题，而不是用多次干涉的方法。
对称膜系(PQP)的特征
第３章 光学薄膜的设计理论
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对称膜系(PQP)的特征
第３章 光学薄膜的设计理论
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对称膜系(PQP)的讨论
第３章 光学薄膜的设计理论
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对称膜系(PQP)的讨论
第３章 光学薄膜的设计理论
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周期性对称膜系
基本上任一层薄膜的作用都可看作是改变等效界面的导纳， 从而改变了薄膜系统的光学特性；
因此，如能形象的表示出等效导纳变化轨迹，将有助于直 观的分析薄膜系统的特性及其变化，这就是所谓的导纳轨 迹图解技术；
2.1.３单一界面反射率与透射率
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第３章 光学薄膜的设计理论
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第３章 光学薄膜的设计理论
单层膜的特征矩阵
由公式：
k
E
a
cos 1
H a i 1 sin 1
i sin
1
1
k
E
b
cos 1 H b
T=1: sin2θ=0, R1=R2 T极小值：则sin2θ=１
薄膜制造工艺技术
薄膜制造工艺技术薄膜制造工艺技术是一种用于制造各种类型薄膜材料的技术过程。
薄膜制造工艺技术可以用于生产包括聚合物薄膜、金属薄膜和氧化物薄膜等在内的各种类型的薄膜材料。
它包括薄膜材料的选择、制备、涂布、光刻、退火和清洗等工艺流程。
首先，薄膜制造工艺技术需要选择合适的薄膜材料。
不同的薄膜材料具有不同的性能和应用领域。
例如，聚合物薄膜通常用于食品包装和电子产品的保护涂层，金属薄膜用于电子器件的导电层，而氧化物薄膜则用于太阳能电池板和液晶显示器的制造。
根据应用需求选择合适的薄膜材料是薄膜制造工艺技术的关键。
其次，薄膜制造工艺技术需要进行薄膜的制备。
制备薄膜的方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法和激光蒸发等。
物理气相沉积是通过将薄膜材料在真空环境中加热并使其蒸发，然后使其沉积在基底上形成薄膜。
化学气相沉积是通过将薄膜材料的化学气体在基底上加热并使其发生化学反应，然后使其沉积形成薄膜。
溶液法是将薄膜材料溶解在溶液中，然后通过将溶液涂布在基底上形成薄膜。
激光蒸发是通过使用激光加热薄膜材料并使其蒸发，然后使其沉积在基底上形成薄膜。
选择合适的薄膜制备方法取决于薄膜材料的性能和应用需求。
接下来，薄膜制造工艺技术需要对薄膜进行涂布。
涂布是将涂料均匀地涂布在基底上形成薄膜的过程。
涂布的方法包括溶液旋涂、刮涂、喷涂和印刷等。
溶液旋涂是通过将涂料溶解在溶液中，然后将溶液均匀地涂布在基底上形成薄膜。
刮涂是通过使用刮刀将涂料刮在基底上形成薄膜。
喷涂是通过将涂料以液滴形式喷射在基底上形成薄膜。
印刷是通过将涂料印刷在基底上形成薄膜。
涂布的方法选择取决于涂料的粘度和涂布的速度要求。
然后，薄膜制造工艺技术需要对薄膜进行光刻。
光刻是将光敏剂涂布在薄膜表面，并通过光源照射使其发生化学反应的过程。
光刻的目的是在薄膜上形成所需的图形和结构。
根据应用需求，光刻可以用于制造微电子器件、光学器件和传感器等。
最后，薄膜制造工艺技术需要进行薄膜的退火和清洗。
光学薄膜的设计与制备技术
光学薄膜的设计与制备技术光学薄膜是一种特殊的薄膜材料，其制备和设计涉及到一系列的技术和工艺。
光学薄膜的设计和制备技术的发展，对于光学器件的性能和应用具有重要的影响。
本文将依次介绍光学薄膜的设计理论、制备工艺和相关应用。
1. 光学薄膜的设计理论光学薄膜的设计是指根据特定的光学参数和要求，通过计算和优化，确定薄膜的结构和材料组成。
其中涉及到的关键参数包括薄膜的透射率、反射率、频率选择性等。
在设计过程中，需要考虑光学薄膜所使用的波长范围、入射角度、基底材料等因素。
为了达到设计目标，常用的方法包括等效路程法、逆拟合法和光学薄膜层析理论等。
等效路程法主要通过调整不同材料层的厚度，使得反射光的光程差为整数倍波长，从而达到干涉增强或干涉消除的效果。
逆拟合法则是根据已知的光学参数，逆向推导出实现这些参数的层序列。
而光学薄膜层析理论则是通过数值模拟和优化算法，计算出满足特定要求的层厚度和材料组成。
2. 光学薄膜的制备工艺光学薄膜的制备工艺是指通过物理气相沉积、化学气相沉积或溅射等方法，在基底上制备出具有特定结构和性能的薄膜。
常用的制备方法包括真空蒸镀、离子束溅射和激光沉积等。
真空蒸镀是光学薄膜制备中最常见的方法之一。
它通过将材料加热至一定温度，使其蒸发并沉积在基底上形成薄膜。
离子束溅射则是通过用高能离子轰击材料，使其离解并沉积在基底上。
激光沉积则是利用激光的热效应和化学反应，将材料以原子团簇的形式沉积在基底上。
在制备过程中，需要严格控制沉积参数，如沉积速率、基底温度和气氛等。
同时，也需要考虑薄膜的致密性、平整度和附着性等性能指标。
此外，还需要对制备过程进行监测和控制，以确保薄膜的质量和性能。
3. 光学薄膜的相关应用光学薄膜广泛应用于激光器、光学滤波器、反射镜、透镜等光学器件中。
其中，激光器中的光学薄膜用于增强激光器的输出能量和光束质量；光学滤波器则通过设计合适的薄膜结构，实现对特定波长的光的选择性透过或反射；反射镜和透镜中的光学薄膜可改变入射光的反射或透射性能，实现对光学器件性能的优化。
光学薄膜技术
光学薄膜技术光学薄膜技术是一种在光学领域中广泛应用的技术，通过在材料表面上沉积一层或多层薄膜，可以改变光的传播特性。
本文将介绍光学薄膜技术的基本原理、应用领域以及未来发展趋势。
一、基本原理光学薄膜技术基于薄膜的干涉效应、散射效应和吸收效应，通过合理设计和控制薄膜的厚度和折射率，实现对光的反射、透过和干涉等特性的调控。
具体来说，当光通过薄膜时，会发生反射、透射和折射等现象，而这些现象可以通过选择合适的材料和设计薄膜的厚度来优化。
通过合理设计薄膜的结构，可以实现光的增透、减反射、滤波等功能。
二、应用领域1. 光学镀膜光学镀膜是光学薄膜技术的重要应用之一，广泛应用于光学元件、光学仪器和光学器件等领域。
通过对透明基片进行镀膜，可以增强光学元件的反射或透过特性，提高光学成像和传输的效率。
常见的光学镀膜包括透明导电膜、反射镜和滤光膜等。
2. 光学涂层光学涂层是指将光学薄膜应用于材料表面的一种方法。
光学涂层可以增强材料的耐磨性、耐腐蚀性和光学性能，使其具备特定的光学特性和功能。
光学涂层广泛应用于光学镜片、摄像头、眼镜镜片等光学元件的加工中，可以提高透过率、增强显色效果等。
3. 光学传感器光学薄膜技术在传感器领域也具有重要应用。
通过在传感器表面沉积特定的光学薄膜，可以实现对特定波长或特定物质的敏感检测。
光学传感器广泛应用于环境监测、生物医学、光通信等领域，为相关行业提供精准的光学检测和测量手段。
4. 光学反射膜光学反射膜是光学薄膜技术的一种重要应用形式。
通过利用反射膜的高反射率和优良的保护特性，可以实现对光学元件的保护和增强。
光学反射膜广泛应用于激光器、太阳能电池板、显示屏等领域，可以提高设备的稳定性和使用寿命。
三、未来发展趋势光学薄膜技术在当今科技发展中的地位不容忽视，随着科学技术的不断进步，其应用领域和技术性能将会不断拓展和提升。
未来，光学薄膜技术可能呈现以下发展趋势：1. 纳米光学薄膜技术：随着纳米科学和纳米技术的快速发展，纳米级光学薄膜技术将会成为未来的发展方向。
光学薄膜制备技术
光学薄膜制备技术是一种非常关键的工艺，目前广泛应用于光学器件、太阳能电池板和液晶显示器等领域。
在科学研究和实践应用中，已成为一种必不可少的手段。
本文将介绍的原理、分类和应用等方面的内容，希望能为读者提供一些有价值的信息。
一、的原理光学薄膜是由一层或多层光学性能不同的透明材料（比如氧化铝、氧化硅、氮化硅等）组成的，可以实现反射、透射和干涉等功能。
其制备的关键在于如何控制其物理特性，比如色散特性、透过率、反射率等。
这种制备工艺有一个重要的原理，就是光学薄膜的厚度应该是光波长的几分之一，这样就能达到比较好的反射或透过效果。
同时，不同材料的反射和透过特性都有所不同，因此，控制材料和厚度也是制备过程的关键。
此外，光学薄膜制备的一个重要问题是如何控制薄膜厚度的均匀性和表面平滑度，这直接影响到其性能。
在制备过程中，需要选择合适的材料和工艺，如热蒸发、磁控溅射和电子束蒸发等方法，以实现对薄膜厚度和性能的优化。
二、的分类主要分为化学气相沉积、物理气相沉积和溶液法制备等。
1.化学气相沉积：这种制备方法是通过热分解有机物或热还原金属气相的方法，在基片上生成原子层或分子层的薄膜。
其优点是可形成大面积均匀薄膜，面形良好、透明度高，因此在太阳能电池板和液晶显示器等领域应用较为广泛。
2.物理气相沉积：这种制备方法是在真空或惰性气氛中将材料化为蒸汽或离子，并在基片上沉积得到薄膜。
其优点是可以制备不同材料的多层膜以达到特定的光学性能，如高反射或高透过率效果。
此外，该制备工艺可以制备不同的薄膜厚度，从微米到纳米都可以轻松制作。
3.溶液法制备：这种制备方法是通过将化学溶液或胶体直接涂覆在基片上，来制备薄膜。
这种制备方法简单、成本低，适用于广泛的场合，如太阳能电池板、液晶显示器、LED等领域。
三、的应用在现代科学和制造领域中，已经成为一种重要的实践手段。
它被广泛应用于太阳能电池板、液晶显示器、LED、激光器和光学镜等器件，对人类社会的发展做出了突出的贡献。
光学薄膜制备工艺及其应用
光学薄膜制备工艺及其应用随着科技的进步，光学薄膜作为一种重要的光学元件在现代产业中应用越来越广泛。
它不仅可以用于制作各种光学滤光片、反射镜、分束器等光学仪器，还可以应用于热保护、光学显示、生物医疗等领域。
本文将介绍光学薄膜制备工艺及其应用。
一、光学薄膜制备工艺1.1 光学薄膜概述光学薄膜是指厚度小于波长的光学透明薄膜，通常由两种或多种材料交替沉积制成。
光学薄膜的主要特征包括反射率、透过率、折射率等参数，这些参数可以通过薄膜的设计、材料的选择和沉积工艺的优化来得到。
1.2 制备工艺在光学薄膜的制备过程中，主要分为物理气相沉积法和化学气相沉积法。
前者主要包括电子束蒸发、磁控溅射、离子束镀等工艺，后者包括化学气相沉积、溶胶-凝胶法、溅射-化学沉积等工艺。
以电子束蒸发为例，其工作原理是将被蒸发的材料靠近电子束，使其升华并沉积在基片上形成薄膜。
通过控制电子束和离子束的强度和角度，可以调节薄膜的厚度、折射率和反射率等参数。
电子束蒸发的优点是加热均匀、蒸发速率快、生长速度快等，但也有一些缺点，如易受杂质污染、器件复杂、后处理等。
1.3 工艺优化光学薄膜制备的关键在于工艺优化。
其中，关键的技术参数包括材料的选择、离子束和电子束的加速电压和功率、气体流量等等。
只有通过对这些参数的优化，才能够得到质量稳定的光学薄膜。
二、光学薄膜应用2.1 光学滤光片光学滤光片是一种光学器件，具有在特定波长范围内衰减光线的特性。
在摄影、电子显示屏、检测、分析等领域中广泛应用。
典型的光学滤光片有紫外线滤镜、红外线滤镜、红外线吸收滤镜等。
2.2 反射镜反射镜是一种镜面可以反射光线的光学器件。
主要应用于激光系统、光学显微镜、激光打标等领域。
反射镜的表面通常是一层金属薄膜，如铝膜、银膜等。
2.3 分束器分束器是一种光学器件，可将一束光分成两束或多束，每束光具有不同的折射率、反射率或透过率。
主要应用于激光标记、光学干涉、光纤通信等领域。
分束器的基本结构通常由多个交替沉积的光学薄膜组成。
薄膜制造技术
成膜过程
凝结是指沉积刚开始时的状况，是指吸附原子在基片表面上形成原子对及其以后 的逐渐成膜过程。根据成核理论和电子显微镜实验观察，薄膜形成的顺序如下： ①膜层材料的气相原子（或分子）在基片表面的吸附，即单体吸附； ②被吸附的原子形成大小不同的各种小原子团； ③小原子团形成临界核； ④临界核俘获其周围的单体，逐渐长大； ⑤在临界核长大的同时，非捕获区的单体逐渐形成临界核； ⑥由临界核形成的稳定核长大到互相接触时，彼此结合后形成小岛，由于结合 而成的新岛所占面积下于结合前的两岛，所以在基片上暴露出新的表面积； ⑦在新暴露的基片表面积上吸附单体，发生二次成核； ⑧小岛长大结合为大岛，大岛相互结合成更大的岛，在新暴露的表面积上发生 “二次”或“三次”成核； ⑨岛与岛相互结合，形成带有沟道和孔洞的薄膜； ⑩在沟道和空洞处发生“二次”或“三次”成核，逐渐形成连续的薄膜。 所谓“二次”或“三次”成核是指从单体吸附开始，直到稳定核长大而相互结构 的过程。下图是一组形象的成膜过程
CASIX 23
成膜过程
CASIX
24
薄膜的结构
薄膜的形成过程决定了薄膜结构及其缺陷是属于薄膜本性的 问题，关系到薄膜使用性能的提高、薄膜镀制方法的改进和 创新。薄膜的结构包括组织结构、晶体结构和表面结构三部 分。 1）.组织结构 ①无定型结构，它是在原子的迁移率低到原子凝结在本身的 入射点或入射点附近的情况下产生的。这种结构也称为玻璃 态，吸附原子或分子没有迁移能。高熔点金属、高熔点非金 属化合物薄膜和碳、硅、锗的某些化合物薄膜等。 ②多晶结构 它由无规则取向的微晶组成。其晶粒大小约为 10-100nm。属于这种结构的有低熔点金属。 还有纤维结构、单晶结构等
光学薄膜的制备技术
光学薄膜的制备技术材料学院无机0701 15 周劲竹摘要：光学薄膜泛指在光学器件或光电子元器件表面用物理化学等方法沉积的、利用光的干涉现象以改变其光学特性来产生增透、反射、分光、分色、带通或截止等光学现象的各类膜系。
它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。
光学薄膜的应用始于20世纪30年代。
现代，光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。
关键词：特点基本原理制备应用及市场前景正文：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。
光学薄膜的基本原理:1.利用光线的干涉效应，当光线入射於不同折射系数物质所镀成的薄膜，产生某种特殊光学特性。
分类：光学薄膜就其所镀材料之不同，大体可分为金属膜和非金属膜。
a.金属膜：主要是作为反射镜和半反射镜用。
在各种平面或曲面反射镜，或各式稜镜等，都可依所需镀上Al、Ag、Au、Cu等各种不同的材料。
不同的材料在光谱上有不同的特性。
AI的反射率在紫外光、可见光、近红外光有良好的反射率，是镀反射镜最常使用的材料之一。
Ag膜在可见光和近红外光部份的反射率比AI膜更高，但因其易氧化而失去光泽，只能短暂的维持高反射率，所以只能用在内层反射用，或另加保护膜。
b.非金属膜:用途非常广泛，例如抗反射镜片．单一波长滤光片、长或短波长通过滤光片、热光镜、冷光镜、各种雷射镜片等，都是利用多种不同的非金属材料，蒸镀在研磨好之镜杯上，层数由单层到数十、百层不等，视需要的不同，而有不同的设计和方法。
目前这些薄膜中被应用得最广泛，最商业化，也是一般人接触到最多的，就是抗反射膜。
例如眼镜、照相机镜头、显微镜等等都是在镜片上镀抗反射膜。
因为若是不加以抗反射无法得到清晰明亮的影像了，因此如何增加其透射光线就是一个非常重要的课题。
2.利用光波干涉原理，在镜片的表面镀上一层薄膜，厚度为1/4 波长的光学厚度，使光线不再只被玻璃—空气界面反射，而是空气—薄膜、薄膜—玻璃二个界面反射，因此产生干涉现象，可使反射光减少。
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光学薄膜技术第三章——薄膜制造技术—-—-———-—--—--———————-—-——--——-—作者：—--—-————-——--—-————-———————-———日期：第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积(PVD)和化学液相沉积(CLD）两种工艺来获得.CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜,废水废气对环境造成污染，已很少使用.PVD需要使用真空镀膜机,制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。
PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体(从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚.在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在,那就会产生如下一些问题：①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜；②空气分子进入薄膜而形成杂质；③空气中的活性分子与薄膜形成化合物；④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物，从而不能进行正常的蒸发等等.因此,必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空，而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备.制作薄膜最重要的装备是真空设备．真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备.二者真空度不同,这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同,下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类.下图是超高真空设备的原理图,在原理上,它与高真空设备没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性，超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵(如钛吸气泵）来辅助超高真空泵。
3.1 高真空镀膜机1。
真空系统现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。
普通所说的真空镀膜，基本都是在高真空中进行的.先进行(1)然后进行（2)。
因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作，而且在高真空泵（如油扩散泵）中,要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程度。
小型镀膜机的真空系统低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱低真空机械泵先将真空室抽到＜5pa的低真空，为后续抽真空提供前提条件；机械泵与油扩散泵组成串联机组，可将真空室抽到10—3 pa的高真空。
大型镀膜机高真空油扩散泵+低真空机械泵+罗茨泵+低温冷阱罗茨泵作为提高抽气速度、压缩抽真空时间、提高生产效率的辅助真空泵。
无油真空系统高真空低温冷凝泵+低真空机械泵低温冷凝泵的最大优点是无油,有效避免了油扩散泵的油污染问题。
膜层更牢固。
2、热蒸发系统电阻热蒸发电极两对、电子束蒸发源一个或两个.电阻热蒸发电极用于蒸发低熔点材料；电子束蒸发源用于蒸发高熔点材料。
3、膜层厚度控制系统①石英晶体膜厚仪——基于石英晶体振荡频率随膜层厚度的增加而衰减的原理进行测厚，测的是膜层的几何厚度。
②光电膜厚仪——以被镀零件的光透射或反射信号随膜层厚度的变化值作为测量厚度的依据,测的是膜层的光学厚度.灵敏度较低。
3。
2 真空与物理汽相沉积用物理方法制作薄膜，概括起来就是给薄膜材料加上热能或动量，使它们蒸发，并在其他位置重新结合或凝聚。
PVD设备被称做真空镀膜机。
这些设备的共同突出的特点就是需要高真空。
3。
2.1 PVD 与真空1、热蒸发工艺过程光学薄膜的淀积中用得最多的是热蒸发法。
它的基本原理是把被蒸发材料加热到蒸发温度，使之挥发淀积到放置在工件架上的零件表面，形成所需要的膜层。
见右图1一般运用的加热方式主要有电流加热、高频加热和电子束加热。
2、大气PVD存在的问题常压时，气体分子密度太高,进入膜层成为杂质。
蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。
3、真空PVD的优点气体分子的平均自由行程大于蒸发源到被镀件之间的距离。
被镀膜层材料在高真空条件下容易蒸发，容易获得高纯膜，膜层坚硬,成膜速度快。
3.2。
2 真空与压强所谓“真空”，是指在给定的空间内,压强低于101325帕斯卡(也即一个标准大气压强约101KPa)的气体状态，并非一无所有.处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度”来表示。
“真空度”顾名思义就是真空的程度。
是真空泵等抽真空设备的一个主要参数。
真空度的计量采用与压强相同的方法和单位。
高真空度—-低压强；低真空度——高压强压强单位：Pa(帕斯卡Pascall），简称“帕"1（atm)标准大气压=760mmHg=101325Pa真空在薄膜制备中的作用主要有二个方面:一是减少蒸发材料的分子与残余气体分子的碰撞，这样才能将分子在蒸发过程中所得到的动能，全部转换成与基板的结合能，以得到牢固的光学薄膜。
二是抑制蒸发材料的分子与真空室中残余气体之间的反应.3.2.3 PVD所需真空度基本确定原则：气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离d。
即膜料蒸汽的每一个分子都无碰撞地喷镀到零件表面.经计算，当d=1m时，真空度p=7×10-3Pa，但此时的碰撞概率为63%。
规定：碰撞概率＜10％;计算：真空度p≈7×10-4 Pa大多数镀膜机的d=0。
5m，所以光学镀膜机的真空度指标设定为p＜1.3×10—3 Pa这时才能有效地减少碰撞现象的产生。
3。
3 真空的获得与检验真空泵是获得真空的关键设备，现代光学薄膜技术中获得真空的设备主要有以下几种:机械泵—-罗茨泵-—油扩散泵——分子泵——冷凝泵等。
3.3.1 真空泵1、真空与真空泵抽真空--抽出容器内的气体,获得真空状态的过程或动作.真空泵-—用于抽出容器内气体的机器。
2、常见真空泵类型⑴分类气体传输泵——能使气体不断吸入和排出而达到抽气的目的。
如油封旋片式机械泵、罗茨泵.气体捕集泵—-利用泵体、工作物质对气体分子的吸附和凝结作用抽出容器内的气体。
如低温泵、吸附泵。
⑵各种真空泵的工作范围实际上能够直接用于抽大气并向大气中排气的真空泵只有机械泵。
而单独使用机械泵只能获得低真空。
因此，镀膜机的真空机组最少需要两个真空泵形成接力式真空机组，才能获得所需要的高真空度。
3、旋片式机械泵机械泵是采用旋片式的转子和定子组成，随着转子的旋转，不断地进行吸气、压缩和排气的循环过程，使连到机械泵的真空室获得真空。
油的作用:它有润滑和密封的作用，排气阀及其下部的泵体空腔用密封油密封，机械泵的密封油即机械泵油，它是一种矿物油。
4、油扩散泵典型的高真空泵在圆柱状的筒内安装着三级喷嘴，圆筒下部的油用装在下面的电炉加热蒸发,使气压达到1托左右，然后从三个喷嘴向出气口的方向喷射。
从进气口扩散来的空气分子被卷进喷射的油蒸气中而向着出气口方向加速前进。
被与排气口连接的机械泵抽走。
虽然油蒸气流的大部分冲向出气口，但还是有一部分冲向进气口，因此，在扩散泵的进气口一般要安装水冷挡板或者液态氮捕集器，使油蒸气冷凝，以减少油蒸气向真空室中扩散。
用于喷射的油，在高温时一接触大量的空气就容易变质.即使在常温下，如果长时间接触一个气压的空气，也会因吸收空气中的水分等而使泵的性能下降。
因此，在油扩散泵不工作时,一定要关闭进气口和出气口的阀门,以尽量使内部保持良好的真空状态。
5、罗茨泵提高由机械泵和油扩散泵组成的真空机组的抽气速度。
①在较宽的压强范围内有较快的抽速；②启动快，能立即工作；③对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感④转子不必润滑，泵腔内无油；⑤振动小，转子动平衡条件好，没有排气阀；⑥驱动功率小，机械摩擦损失小⑦结构紧凑。
罗茨泵在泵腔内,有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上,由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。
由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v内，再经排气口排出。
在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行.在一根轴上安有3～5级的罗茨型转子, 它为三级罗茨泵的构造，各级转子由中间壁来隔离, 形成各级的泵腔，上一级的排气口连到下一级的进气口,各级串联应用,各级转子的直径和形状是相同的, 而各级转子的宽度有时是不同的.3.3。
2 低温冷凝泵低温冷凝泵是一种利用低温冷凝和低温吸附原理抽气的真空泵抽气原理：在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。
它使气体凝结，从而达到抽气作用。
低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。
①低温冷凝：气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上；抽氢时，冷板温度比抽空气时更低。
低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右.②低温吸附：气体分子以一个单分子层厚被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上.吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。
③低温捕集：在抽气温度下不能冷凝的气体分子，被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。
由于泵的冷表面可以直接放入需抽真空的空间,甚至是真空空间的一个组成部分，所以它不需用管道连接,冷凝板的面积可做得很大，具有很大的抽气速率，是一般的扩散泵难以达到的.低温冷凝泵的特点：①真正的无油真空泵：低温冷凝，保持真空，无污染；②抽速大:特别对H2O、H2等气体抽速很大；③运行费用低：只需电和冷却水，不需液氮等低温液体④适应性强：无运动部件，不受外界干扰；⑤可以安装在任何方位；⑥运动部件少且低速运行,寿命长；⑦达到10—7 Pa的极限真空度,部分可达到10—9 Pa的极限真空度。
3.3。
3 PVD使用的高真空系统3.3。
4 真空度的检测真空度以残余气体的压力表示。
真空度是用真空计进行测量的，但是，被测量的真空度不同，必须采用不同的真空计.在一般的真空设备中,通常附有2—3个真空计。
1、热电偶真空计原理：通过热电偶中热丝的温度与压强的关系确定真空度。
热丝3的温度随着规管内真空度的提高而升高.测量范围：0。
13～13pa优点：①测量的压强是被测容器的真实压强;②能连续测量，并能远距离读数;③结构简单，容易制造；④即使突然遇到气压急剧升高，也不会烧毁。
缺点：①标准曲线因气体种类而异；②读数滞后；③受外界影响大;④老化现象严重，必须经常校准。
2、热阴极电离真空计（高真空测量)热阴极电离真空计，在一般的真空设备中可以说是几乎不可缺少的真空计，从10-1Pa到l0—5Pa的真空,它都能比较精确地测量。
★工作原理——电子在电场中飞行时从电场获得能量,若与气体分子碰撞,将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。