薄膜光学与镀膜技术
光学薄膜技术第三章
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。
现代光学薄膜制造技术讲义
G|HLHLHLHLHLHLHLHLH |A
nH 为 Ta2O5 n≈2.05
n =1.45
L
在现在的计算程序中，考虑到了色散。λ 0＝350nm。
（2）上述膜系在可见光区有激烈的波动。透射光带有颜色。要
在可见光区得到一条平坦， T≥95%的曲线可用薄膜光学中的长波通膜 系，即将上述膜系改为：
G|0.5HLHLHLHLHLHLHLHL0.5H |A
3
是一个严重的缺点。 实验发现，用极值法生产单色滤光片时有很高的定位精度。但同 时我们却发现：在单色滤光片的次峰严重变形，偏离理论值，而这时 用石晶法监控的产品则其次峰要规矩得多。 用石晶控法生产的膜系，膜层的误差没有补偿和传递作用。因此 虽然它在单一波长处误差较大，但从宽波长范围来说，其整体误差较 小。 如果我们要制造一个超宽带的增透膜（450nm～1150nm） (1)如单一波长的光控制造，其产品会经常 出现废品，次品会增 多。 (2)用石英晶控法生产，成品率高是一种好的选择。 (3)如现有设备只有光控时，可使用变波长监控， 切断每层膜的误 差传递。会有比较好的制造效果。 c.膜系设计中的灵敏度误差 膜系制造中的误差，我们已经讲了两个（a）膜层厚度判定方法误 差： (b)膜层厚度补偿误差。现在我们来讲座膜系设计中的灵敏 度误差！ 应该说，对于给定的光谱曲线，我们可以设计很多种不同的 膜系来实现。现在的问题是哪种膜系设计好？哪种膜系设计差？ 我们必须进行膜系膜层误差分析，摒弃那些对制造误差有非常严 重要求的膜系，最后选取有高成品率有优良光学性能的膜系。为 此我们要做到：
光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术
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。
薄膜光学与镀膜技术
眼镜和隐形眼镜
镀膜技术可以提高眼镜和隐形眼镜的抗反射性能，提高视觉清晰度。 镀膜技术可以增强眼镜和隐形眼镜的抗紫外线能力，保护眼睛不受紫外线伤害。 镀膜技术可以提高隐形眼镜的湿润性和舒适度，减少眼部干燥和不适感。 镀膜技术可以增强眼镜和隐形眼镜的抗污能力和清洁度，保持镜片持久清晰。
反射和透射的物理机 制：反射和透射的物 理机制与光的波动性 和干涉有关，薄膜的 厚度和折射率等因素 会影响光在薄膜中的 波前和相位，从而影 响反射和透射的光强 和光谱特性。
光学常数与薄膜性质的关系
光学常数定义： 描述光与物质相 互作用性质的物 理量
光学常数与薄膜性 质的关系：光学常 数是薄膜材料和镀 膜工艺的重要参数， 对薄膜的光学性能、 物理性能和化学性 能产生影响
未来发展方向与趋势
新型材料的应用： 探索和开发具有 优异光学性能和 稳定性的新型材 料，以满足不断 增长的技术需求。
创新镀膜技术的 研发：研究和发 展新型镀膜技术， 以提高薄膜的光 学性能和稳定性， 降低制造成本。
跨学科融合：将 薄膜光学与镀膜 技术与其他领域 （如纳米技术、 生物医学等）相 结合，开拓新的 应用领域和市场。
镀膜技术的发展趋势
纳米镀膜技术：利用纳米材料和纳米技术提高镀膜的性能和稳定性，满足高精度、高 性能的应用需求。
多层镀膜技术：通过多层叠加的方式，实现更复杂的光学和力学性能，提高产品的附 加值。
智能镀膜技术：结合人工智能和机器学习技术，实现镀膜过程的自动化和智能化，提 高生产效率和产品质量。
薄膜光学与镀膜技术
精品课件
光学薄膜应用
分光镜
中性 分光镜
双色 分光镜
偏振光 分光镜
精品课件
中性分 光镜
双色分光 镜原理图 S
P 偏振分光镜 原理图
光学薄膜应用
截止滤光片
在某波段不透光而相邻的另一波段有很高的透射率的一种光学器件
长波通滤光片
短波通滤光片
实际应用：冷光镜、彩色分光膜等
精品课件
光学薄膜应用
带通滤光片
指某波段域内透射率很高而其两旁透射率甚低的滤光片
精品课件
光学薄膜制作
离子束溅镀
特点：
➢ 制作的薄膜密度高，散射小 ➢膜折射率稳定均匀，膜厚精准 ➢可以配合其他制镀方法，提高制 镀速率 ➢ 增加了控制的自由度
精品课件
光学薄膜制作
离子束助镀
特点：
➢配以蒸镀或溅镀系统，提高镀膜 速率 ➢成膜纯度高，膜变得更缜密 ➢ 光谱特性稳定 ➢提高了膜层折射率的均匀性
利用商品化的分光光度计和光谱分析仪量出穿透率和反射率等
双光路分光光度计
精品课件
光学薄膜制作
非光学特性测量
附着力测试 • 利用黏性较强的胶带一端贴于薄膜上另一端撕拉。
应力测试 • 利用悬臂法作弯曲测试 • 利用干涉仪相位移法测量 组成成分测量 • 利用红外光谱仪观察其分子振荡吸收光谱
结构测量 • 利用穿透式电子显微镜观测纵剖面 • 用扫描式电子显微镜做隔电隔磁屏障以提高解析
精品课件
光学薄膜制作
热电阻加热
特点：
➢ 结构简单、成本低廉、操作方便； ➢ 电阻片加热温度有限，高熔点的
氧化物大多无法蒸镀 ➢ 蒸发速率低； ➢合金或化合物加热会导致分解。 ➢ 膜质不硬，密度不高
薄膜技术讲义
薄膜技术讲义薄膜基础知识一、光学图纸和技术文件中的常用术语及符号符号术语N 光圈数△N 光圈局部误差△R 标准样板精度B 表面疵病C 透镜偏心差d透镜中心厚度T透镜边缘厚度D零件直径Ｄ０（Ｄm)零件有效直径二、光学材料的基本知识１、光学材料的种类光学玻璃分为2大类:冕牌玻璃(K)和火石玻璃(F)2、光学性能:1)化学稳定性:玻璃抵抗水溶液、潮湿空气及其他侵蚀性介质如酸、碱、盐等破坏的能力；(DW DA)2）机械性能：比重、脆性、弹性、硬度（相对抗磨硬度FA）；3）热性能：热稳定性：指玻璃经受急冷急热的性能。
三、光学薄膜的分类及设计§3-1光学薄膜的分类1.减反膜2.滤光膜 3 保护膜4 内反射5 外反射6 高反膜7 分束膜8 分色膜9 偏振膜10 导电膜§3-2光学薄膜的基本特性和内容基本特性序号基本特性主要内容1 光学性能膜层在某一光谱范围内的反射、透射、吸收、散射等特性，同时包括折射率和消光系数等光学常数2 表面质量包括麻点、脱膜、擦痕、印迹、膜色不匀等3 力学性质主要包括附着力、硬度和应力4 环境适应性主要包括膜层的化学稳定性和热稳定性§3-3 光学薄膜的设计§3-3-1 减反射膜减反射膜是用来减少光能在光学元件表面的反射损失.可见光的光谱区域通常认为是400nm～760nm.1、单层减反射膜：当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的介质时，在分界面上会产生光的反射，根据费涅尔定律，反射率R=(n0-n1)2/(n0+n1)2= (1-n1)2/(1+n1)2 当介质为空气时，认为n0=1 单层膜在中心波长λ0处的反射率R= （1- n12/ nS )2 / （1+ n12/ nS )2 其中nS是玻璃基底的折射率，n1是所镀膜料的折射率。
在光线垂直入射时，在中心波长λ0 出现零反射的条件为膜层的光学厚度n1d1等于λ0的1/4，即：n1d1= λ0/4，同时膜层的折射率n1等于基底折射率nS与入射介质折射率n0乘积的平方根，即n1=∨nsn02、双层减反膜（V形减反膜）：λ/4—λ/4（W形膜）: λ/4—λ/23、多层减反膜：四、镀膜技术§4-1 真空的基本知识1、定义：指在给定空间内，压强低于1标准大气压的气体状态。
光学镀膜技术_文库
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例：空气折射率是1，玻璃折射率是1.8，镀膜折射率是1.5。
光线从空气直接进入玻璃 透射率=4*1*1.8/（1+1.8） 2=91.84%;
光线从空气进入镀膜再进入玻璃透射率=【4*1*1.5/（1+1.5） 2】*【4*1.5*1.8/（1.5+1.8）2】=95.2%;
利用这种干涉现象，通过对光学零件表面薄膜的材料和厚度的 控制，人为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。
光学镀膜工作原理
6
光照到光学零件表面时，一部分 光发生反射，另外一部分光投射 进入光学零件。反射光的存在无 疑降低了透射光的强度，反之透 射光的存在降低了反射光的强度；
为了减少反射光或者透射光的强
作用： ➢ 增加光学系统的通透率； ➢ 减少杂散光； ➢ 提高像质；
增透➢膜增加作用距离；
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当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在 两介质的分界面上就会产生光的反射, 如果介质没有吸收，分界 面是一光学表面，光线又是垂直入射，则：
反射率 R=(n0-n1)2/(n0+n1)2
增透膜
20
单层增透膜反射率
增透膜
21
多层窄带增透：多个膜层叠加对单个波长进行反复干涉相消以使 得反射率达到最小。
增透膜
22
多层宽带增透：多个膜层叠加对不同波长的反射光都进行干涉相 消从而达到对一个宽波段的光增透。
增透膜
23
应用：所有透过型光学系统如照相机、测距仪、潜望镜、显微 镜等各种视觉观察和测量系统；
d
膜上表面和下表面的反射光线在上表面的相
位差为1个波长，干涉相长，从而使反射光
光学薄膜技术及其应用
光学薄膜技术及其应用张三1409074201摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。
关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备引言：光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。
光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。
本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。
正文：1.光学薄膜的原理光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。
一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。
该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。
2.光学薄膜的性质及功能光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。
依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。
不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。
3.传统光学薄膜和新型光学薄膜3.1传统光学薄膜传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。
光学镀膜基础知识PPT
倘若没有光学薄膜技术作为发展基础 ，近代光电、通讯或是雷射技术发展速 度，将无法有所进展。可以毫不夸张地 说，几乎所有的光学系统、光电系统或 光电仪器都离不开光学薄膜的应用。这 些都显示出光学薄膜技术研究发展重要 性。
的法布里-玻珞干涉仪，是一 种最有意义的进展，它是干 涉带通滤光片的一种基本结 构。
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Ø金属滤光片 • 金属滤光膜的一般
特性曲线 • 示例图片：
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u 我们常用的薄膜材料：
• 电介质薄膜材料：Ta2O5,SiO2,TiO2,Al2O3,MgF2,Nb2O5…… • 金属薄膜材料：
Au，Ag，Cu，Cr/Ni
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1.3 光学薄膜应用
从精密及光学设备、显示器设备到日 常生活中的光学薄膜应用；
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光学薄膜的应用可以分为以下几大类： • 提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、
高反射膜。 • 实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜
、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分 配的光学元件。 • 通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄 带及带通滤光片，长波通、短波通滤光片等。 • 实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜 等。
光学薄膜技术的分类：
•
物理气相沉淀（PVD）：俗称真空镀膜，设计物理特性间的能量
镀膜工作原理
镀膜工作原理镀膜是一种常见的表面处理技术，通过在物体表面形成一层薄膜来改变其性能和外观。
镀膜可以提供耐磨、防腐蚀、防反射等功能，广泛应用于电子、光学、汽车等领域。
本文将详细介绍镀膜的工作原理。
一、镀膜的分类根据镀膜的形成方式，可将其分为物理镀膜和化学镀膜两种类型。
1. 物理镀膜：物理镀膜是通过物理气相沉积的方式在物体表面形成薄膜。
常见的物理镀膜方法有蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜等。
这些方法利用高温、高真空或离子束等条件，使材料从固态直接转变为气态，并在物体表面沉积形成薄膜。
2. 化学镀膜：化学镀膜是通过化学反应在物体表面形成薄膜。
常见的化学镀膜方法有电镀、化学气相沉积和溶胶-凝胶法等。
这些方法利用溶液中的金属离子或有机物，通过电化学反应或化学反应，在物体表面沉积形成薄膜。
二、物理镀膜的工作原理物理镀膜主要包括蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜三种方法，下面将分别介绍它们的工作原理。
1. 蒸发镀膜：蒸发镀膜是利用材料在高温下由固态直接转变为气态，然后在物体表面沉积形成薄膜的方法。
蒸发镀膜通常使用电子束蒸发或电阻加热蒸发的方式。
首先，将待镀材料放置在高真空腔室中，加热材料使其升华成气体，然后气体沉积在物体表面形成薄膜。
蒸发镀膜的薄膜厚度可以通过控制材料的蒸发速率和沉积时间来调节。
2. 溅射镀膜：溅射镀膜是利用离子轰击材料，使其从固态表面剥离并沉积在物体表面形成薄膜的方法。
溅射镀膜通常使用直流或射频电源提供能量，使气体离子化，然后加速离子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子剥离，并沉积在物体表面。
溅射镀膜的薄膜厚度可以通过控制离子轰击能量和时间来调节。
3. 离子镀膜：离子镀膜是利用离子束轰击物体表面，使其表面原子或分子离开并沉积在物体表面形成薄膜的方法。
离子镀膜通常使用离子源产生离子束，并通过加速器将离子束加速到一定能量，然后轰击物体表面。
离子束轰击物体表面时，会激发表面原子或分子，使其从物体表面剥离，并沉积在物体表面形成薄膜。
光学镀膜材料的应用及工艺
光学镀膜材料的应用及工艺（一）光学镀膜材料的分类（二）1、从化学组成上，薄膜材料可分为：氧化物类：Al2O3、SiO、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2等氟化物类：MgF2、BaF2、YF3、Na3AlF6等其它化合物类：ZnS、ZnSe、PbTe等金属（合金）类：Al、Cr、Ti、Ag、Al-Ti、Ni-Cr等2、从材料功能分，镀膜材料可分为：（1）光介质材料：起传输光线的作用。
这些材料以折射、反射和透射的方式改变光线的方向、强度和相位，使光线按预定要求传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而调整光谱成份。
（2）光功能材料：这种材料在外场（力、声、热、电、磁和光）的作用下，光学性质会发生变化，因此可作为探测、保护和能量转换的材料（如AgCl2,WO3等）。
（二）光学镀膜材料的特点从化学结构上看，固体材料（薄膜）中存在着以下键力： 1. 离子键：离子晶体中，每个离子被一定数量的异号离子所包围，离子晶体中作用力较大，所以离子键很牢固，这就决定了离子晶体具有熔点高、沸点高和硬度大、强度高的特点； 2. 共价键：主要通过同质原子贡献电子构成的极性或非极性双原子偶化学键。
共价键在气体分子结构中较为普遍，如H2,Cl2,CCl4等。
金属键中也常出现不同程度的共价键力；3. 原子键：（或金属键）：原子键也十分牢固，这类键组成的化合物（Si，SiC及氮化物）也具有硬度高、强度大和熔点高的特点； 4. 分子键（或范德华键）：把原子联结成分子的力相当大，而分子之间的键又十分弱（MgCl2等），因此，这类键组成的化合物具有熔点低，强度低的特点。
实际上，固体化合物中化合键的组成是组合型的，就是说一种化合物中原子或分子的结合力并不是纯粹由单一键连结的，往往是以上几种键交互作用的。
（三）由于化学键的特性，决定了不同薄膜材料或薄膜具有以下不同特点：（1）氧化物膜料大都是双电荷（或多电荷）的离子型晶体结构，因此，决定了氧化物膜料具有熔点高、比重大、高折射率和高机械强度。
薄膜光学与镀膜技术
太阳能光伏产业
太阳能光伏产业：利用镀膜技术提高光伏电池的光吸收和光电转换效率降低成本提高 生产效率。
显示产业：镀膜技术用于制造各种显示器件如液晶显示、有机电致发光显示等提高显 示效果和寿命。
光学仪器和摄影器材：镀膜技术用于制造各种光学仪器和摄影器材如望远镜、显微镜、 相机镜头等提高成像质量和透光率。
在微电子和集成电路制造中薄膜光学与镀膜技术可以用于制造光电器件、太阳能电池、 传感器等。
镀膜技术还可以用于制造高精度光学镜头和反射镜广泛应用于通信、医疗、航空航天等 领域。
环境监测和光谱分析领域
镀膜技术可用 于制造高精度 光谱仪用于环 境监测和光谱
分析。
镀膜的反射和 透射特性可以 提高光谱仪的 分辨率和灵敏
添加标题
薄膜的光学干涉效应的影响因 素：薄膜的厚度、折射率以及 入射光的波长等因素都会影响 干涉效应。
薄膜的光散射和吸收特性
薄膜的光散射特性： 薄膜表面粗糙度、 折射率差异等因素 导致光散射现象影 响光学性能。
薄膜的光吸收特性： 不同材料和厚度薄 膜对光的吸收能力 不同与薄膜的组成 和结构密切相关。
光学薄膜的基本参数
光学常数：描 述薄膜的光学 性质如折射率、 消光系数等。
厚度：薄膜的 物理厚度通常 以纳米或微米
为单位。
透射光谱：描 述薄膜透射光 谱的范围和特
性。
反射光谱：描 述薄膜反射光 谱的范围和特
性。
03 镀膜技术的发展历程
镀膜技术的起源和早期发展
镀膜技术的起源可以追溯到19世纪末期当时主要用于制造望远镜和显微镜等光学仪器。 20世纪初随着工业技术的发展镀膜技术开始应用于军事、航空航天、医疗等领域。 20世纪中期随着光学、物理和化学等学科的进步镀膜技术得到了进一步的发展和完善。 进入21世纪镀膜技术不断涌现出新的应用领域如太阳能光伏、LED照明等。
薄膜光学第四章光学镀膜工艺教学讲义
➢薄膜厚度监控技术
1）直接观测薄膜颜色变化的目视法； 一定结构的膜层对不同波长的光具有不同的透过率。白
光入射，反射光就会表现出颜色。 互补色原理：紫色黄绿，紫蓝黄，蓝橙，红蓝
绿，绿紫红。 特点：结构简单，操作方便，但精度低，受外界、人为因素 影响较大。
2）测量薄膜透过率和反射率极值法； 测量正在镀制膜层的反射率或透过率随膜层厚度增加过
教学目的和要求
了解和掌握影响光学薄膜质量的主要因素以及控制方法。
4.1 光学薄膜器件的质量要素
➢ 光学镀膜器件的光学性能 光学薄膜的光学常数：折射率和厚度。
膜层折射率误差来源、膜层厚度误差来源 膜层折射率误差来源 1）膜层的填充密度，也叫聚集密度。它是膜层的实材体积和 膜层的几何轮廓之比。 2）膜层的微观组织物理结构。即使用同样的膜层材料，采用 不同的物理气态沉积技术（PVD），得到的膜层具有不同的 晶体结构状态，具有不同的介电常数和折射率。
基片清洁的影响：残留在基片表面的污物和清洁剂将导致 1）膜层对基片的附着力差； 2）散射或吸收增大，抗激光损伤阈值低； 3）透光性能变差。
基片的表面污染来源： 1）基片表面抛光后存储时间较长，表面水渍、油斑和霉斑； 2）工作环境中的灰尘及纤维物质被零件表面吸附； 3）离子轰击时负高压电极溅射，在基片表面形成斑点； 4）真空系统油蒸汽倒流造成基片表面污染等。 提高清洁度的方法： 1）常打扫工作环境（最好建无尘车间）、经常打扫真空室； 2）对于新抛光基片表面，可用脱脂纱布蘸乙醇与乙醚混合物 进行擦洗；对于存储时间较长的基片表面，可用脱脂纱布或 棉花蘸最细的氧化铈或红粉进行更新，擦拭时要尽量均匀， 不要破坏表面面形。 3）基片表面油脂、水或其它溶剂的表面薄层，可利用离子轰 击来清洁。
光学镀膜工艺指导
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使其原子或分子在基材表面沉积形成薄膜。
输标02入题
真空镀膜机主要分为蒸发镀膜和溅射镀膜两种类型， 其中蒸发镀膜是最早的镀膜技术，溅射镀膜则具有更 高的沉积速率和更均匀的膜层质量。
01
03
真空镀膜机适用于各种光学薄膜的制备，如增透膜、 反射膜、滤光片、保护膜等，广泛应用于光学仪器、
照明、显示等领域。
04
电和装饰。
介质镀层材料
MgF2镀层
具有高透光性和低折射率，常 用于红外光学镜头。
SiO2镀层
具有低折射率和化学稳定性， 常用于保护和增透膜层。
TiO2镀层
具有高折射率和优异的光学性 能，常用于增透和反射膜层。
ZrO2镀层
具有高硬度、高折射率和优异 的化学稳定性，常用于硬涂层
和光学薄膜。
特殊镀层材料
包装与运输
将合格的光学元件进行包 装，确保其在运输过程中 不受损坏。
05 光学镀膜质量检测与控制
膜层厚度检测
总结词
膜层厚度是影响光学镀膜质量的关键因素，必须进行精确检 测。
详细描述
光学镀膜的厚度需控制在一定的范围内，以确保其光学性能 的稳定。常用的膜层厚度检测方法包括干涉法、椭圆偏振法 、X射线荧光法等。这些方法可以精确测量膜层的厚度，为调 整和控制镀膜工艺提供依据。
01
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抗反射涂层
通过在镜头表面形成微结 构，减少反射并提高透光 率。
多层镀膜
通过多层不同材料的叠加， 实现多种光学性能的优化 组合。
光学薄膜
在光学元件表面沉积薄层 材料，实现特定光学性能 的增强或改变。
03 光学镀膜设备
ar镀膜制程工艺
ar镀膜制程工艺AR镀膜制程工艺AR镀膜是一种广泛应用于光学领域的技术，用于减少光学元件的反射和提高透过率。
AR镀膜制程工艺是指制备具有抗反射特性的光学薄膜的过程。
本文将介绍AR镀膜的制程工艺及其相关知识。
一、AR镀膜的原理与作用AR镀膜通过在光学元件表面形成一层特定的薄膜，使得入射光的反射率降低，从而提高透过率。
其原理是通过改变光的折射率，使得光在光学元件表面与空气之间的界面上发生反射时，反射光的干涉相位与入射光的干涉相位发生相消干涉，减少了反射光的能量损失。
AR镀膜主要应用于眼镜、光学仪器、显示器、摄影镜头等光学元件上，能够提高透射率和图像的清晰度，减少眩光和反射。
在眼镜上，AR镀膜可以有效减少镜片反射，提高穿戴者的视觉体验。
二、AR镀膜的制程工艺AR镀膜的制程工艺主要包括基片准备、镀膜材料选择、膜层设计、膜层制备和膜层检测等步骤。
1. 基片准备AR镀膜的基片通常采用光学玻璃材料，需要经过清洗、抛光和去除表面缺陷等处理工艺，以确保基片表面的平整度和清洁度，为后续镀膜工艺提供良好的基础。
2. 镀膜材料选择AR镀膜的镀膜材料通常选择高折射率材料和低折射率材料。
高折射率材料用于增加光学元件与空气之间的折射率差，低折射率材料用于减少反射光的折射率，从而实现降低反射率的目的。
3. 膜层设计膜层设计是AR镀膜工艺中的关键环节。
通过合理设计多层膜层的厚度和折射率，使得入射光与膜层发生相位干涉，实现反射光的干涉相消。
常见的膜层设计方法有四分之一波长膜层和多层膜层设计。
4. 膜层制备膜层制备是AR镀膜的核心步骤。
常见的制备方法有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和溅射等。
其中，PVD是最常用的方法之一，通过蒸发或溅射方式将镀膜材料沉积在基片表面，形成薄膜。
5. 膜层检测膜层制备完成后，需要进行膜层检测以评估其性能。
常见的检测方法有透射率测试、反射率测试和膜层结构分析等。
通过这些检测方法，可以确保膜层的质量和稳定性。
光学镀膜工艺指导
汇报人：XX 2024-01-23
目录
• 光学镀膜概述 • 光学镀膜材料与特性 • 光学镀膜工艺流程 • 关键设备与技术参数 • 质量控制与检测标准 • 环境保护、安全操作规范及故障排除
01
光学镀膜概述
定义与分类
定义
光学镀膜是在光学元件表面涂覆 一层或多层薄膜，以改变其光学 性能的技术。
眼镜行业
用于制造太阳镜、偏光镜、护目 镜等，以提高镜片的透光度、减 少反射和眩光。
光通信技术
用于制造光纤通信系统中的光学 元件，如光纤连接器、光分路器 等，以提高光信号的传输效率和 稳定性。
02
光学镀膜材料与特性
常用光学镀膜材料
1 2 3
氧化物材料
如二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）等， 具有高透过率、低吸收等特性，常用于减反射膜 和增透膜。
03
光学镀膜工艺流程
前处理与准备工作
基片清洗
确保基片表面无尘埃、油污和其他杂 质，常采用超声波清洗、化学清洗等 方法。
基片干燥
环境准备
确保镀膜室内环境洁净，控制温度、 湿度等参数，为镀膜过程提供稳定的 环境条件。
将清洗后的基片进行干燥处理，防止 水分对镀膜过程的影响。
镀膜方法介绍
物理气相沉积（PVD）
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利用物理方法将材料从源蒸发或溅射到基片表面，形成薄膜。
常见的方法有真空蒸发、溅射镀膜等。
化学气相沉积（CVD）
02
通过化学反应在基片表面生成薄膜。这种方法可以在较低的温
度下进行，并且生成的薄膜具有优良的性能。
溶胶-凝胶法
03
将溶胶涂抹在基片表面，通过热处理等方法使其凝胶化，形成
薄膜。这种方法适用于制备多组分氧化物薄膜等。
光纤头的光学镀膜原理
光纤头的光学镀膜原理
光学镀膜原理的核心在于薄膜的干涉效应。
当光线垂直入射到
光学薄膜表面时，一部分光被薄膜表面反射，另一部分光穿透薄膜
进入基底材料。
在薄膜内部，光线会因为折射率不同而发生相位差，当反射光与透射光再次相遇时，它们会发生干涉现象。
通过控制沉
积材料的厚度和折射率，可以实现对特定波长光的增透、增反射或
者滤波效果。
在光纤头中，光学镀膜的设计需要考虑到光纤传感器的工作波长、入射角度、工作环境等因素。
通过精确控制镀膜的厚度和材料
的选择，可以实现对特定波长光的高透射率或高反射率，从而提高
光纤传感器的灵敏度和测量精度。
此外，光学镀膜还可以提高光纤
头的耐磨性和抗腐蚀性能，延长其使用寿命。
总的来说，光纤头的光学镀膜原理是基于光学薄膜技术和干涉
效应的，通过精确控制薄膜的光学性质，实现对特定波长光的增透、增反射或滤波，从而提高光纤传感器的性能和稳定性。
这种技术在
光纤通信、光学传感等领域有着重要的应用价值。
【精品原创】光学镜片及镀膜
1．光学镜片参数2.聚焦镜参数3.常见镀膜类型（1）反射膜金属膜反射镜的特点a.金属膜反射镜一般反射特征曲线比较平坦，带宽，反射率高；b.金属膜反射镜的反射率不太受波长和入射角度变化的影响；c.金属膜反射镜膜表面的机械硬度不高，一般不可用通常方法擦拭，只能用包含有有机溶剂的棉棒擦拭；d.金属膜反射镜不适用于强光，激光能量大于1J/cm2时，请选用介质膜反射镜。
介质膜反射镜的特点a.介质膜反射镜是用交替重叠的多层膜的干涉原理制成；b.介质膜的反射率比较高，可接近100%（表中可见），膜的机械硬度高，耐清洁；c.介质膜反射镜与金属膜相比，其反射带宽窄，而且与入射角度密切相关；2.光学镀膜材料的技术指标注：来自中国光学光电子行业协会2008 年光学薄膜培训班培训资料3.红外光学材料及性能参数常用基板有玻璃、陶瓷、光学晶体、光学塑料、金属；其中玻璃分为普通玻璃、无色、有色玻璃、特殊玻璃等。
无色玻璃分两大类（1）光学玻璃，物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数，具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点，分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。
品种繁多，主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)中的位置来分类。
传统上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各类玻璃定为冕(K)玻璃，其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。
冕玻璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜；透明性是光学玻璃的最重要的性质，透光性指光线通过一系列棱镜和透镜后，其能量部分损耗于光学零件的界面反射而另一部分为介质（玻璃）本身所吸收。
前者随玻璃折射率的增加而增加，对高折射率玻璃此值甚大，如对重燧玻璃一个表面光反射损耗约6%左右。
因此对于包含多片薄透镜的光学系统，提高透过率的主要途径在于减少透镜表面的反射损耗，如涂敷表面增透膜层等。
而对于大尺寸的光学零件如天文望远镜的物镜等，由于其厚度较大，光学系统的透过率主要决定于玻璃本身的光吸收系数。
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右图为折射率为n的光学薄膜 1、2、3为反射光(R)
1’、2’、3’、为透射光(T)
光学薄膜原理
三、什么是光学薄膜？
光学薄膜就是在光学元件上或独立基板上镀上特定的膜 质来改变光波传递的特性。
Q：薄膜有什么特点？
光学薄膜由光的干涉作用达到效果
Q：那么要薄到什么程度呢？
当光在膜层中的干涉现象可被侦测到时，我们认为这层膜是薄的
光学薄膜制作
基板工艺
基片的种类： 玻璃(冕牌玻璃，火石玻璃) 晶体 塑料 陶瓷 金属
基片的清洗： 洗涤剂、 化学药品、 超声波清洗、 离子轰击、 手工擦拭、 紫外线和臭氧等
光学薄膜制作
光学薄膜材料
常用光学薄膜的材料从化学组成上可分为：氧化物、氟化物和 金属合金
氧化物材料：具有熔点高，比重大，高折射率和高机械度， 膜质硬的特点，如二氧化钛，氧化硅等 氟化物材料：具有熔点低，小比重，低折射率和较差机械度， 膜软，怕水的特点。如氟化镁，冰晶石等
光学薄膜制作
光学膜厚监控系统
光学薄膜制作
光学薄膜制作
光学参数测量
光度法：量测光穿透或反射自薄膜后的变化求得n\k\d 由分光光度计量出薄膜的透射率及反射率进而推算出n、k、d 椭圆偏振法：以偏振光经薄膜反射后量测其光振幅及相位变化求得
光学薄膜制作
光学特性测量
利用商品化的分光光度计和光谱分析仪量出穿透率和反射率等
光学薄膜应用
分光镜
中性
分光镜
中性分 光镜
双色 分光镜
S 双色分光 镜原理图
偏振光 分光镜
P 偏振分光镜 原理图
光学薄膜应用
截止滤光片
在某波段不透光而相邻的另一波段有很高的透射率的一种光学器件
长波通滤光片 短波通滤光片
实际应用：冷光镜、彩色分光膜等
光学薄膜应用
带通滤光片
指某波段域内透射率很高而其两旁透射率甚低的滤光片
光学薄膜制作
镀膜厚度监控的方法
目视法
通过人眼识别
石英晶体监控法
通过石英晶体振荡器检测
光学监控法
通过整套光学系统检测处理分析
光学薄膜制作
石英晶体监控法
特点：
石英晶体振荡的频率与晶体上薄 膜的质量成反比 是一种薄膜质量测量方法，它也 被称为质量微天平 厚度显示不稳定，做精密光学薄 膜数据只作参考，只作为镀膜速率 的控制
光学薄膜原理
生 活 中 的 光 学 薄 膜
光学薄膜应用
光学薄膜在光学系统中的作用
提高光学效率 减少杂光 实现光束的调 整或再分配 通过波长的选 择性透过提高 系统信噪比 • 高反射镜 • 减反射镜 • 分光镜 • 分色镜 • 截止滤光片 • 带通滤光片
光学薄膜应用
高反射镜
只取反射光，尽量减少透射光
K=0 利用其反射 R随着λ 增加而增 率高,截至带宽, T随着λ 增加而增 偏振小,制备简单, 大 大 在反射镜,诱导透 高的损耗 低的损耗 射滤光片和消偏 振薄膜等场合广 较厚膜无干涉效 泛应用 具有干涉效应 应
光学薄膜制作
光学薄膜应用实例：
眼镜镜片： ·镜片材料主要是氧化物如二氧化 硅，氧化镁，氧化锌，氧化铝，氧 化钠，氧化钾等等。 ·UV光学白片添加少量的氧化钛或 氧化铈等吸收紫外线，最普遍防紫 外线优质白色镜片 ·光学玻璃成分中添加卤化银等化 合物使镜片在紫外线照射下分解成 银河卤素原子，颜色由浅变深。 ·有色玻璃镜片主要是镀了不同的 氧化物产生颜色起到一定的作用， 如添加氧化锰，氧化铁，氧化镍等 着茶色作太阳镜防眩光。
金属合金：一般金属具有较强的反光性和吸光性，因此金属 （或合金）材料一般作为反光薄膜材料或光调节材料。
光学薄膜制作
金属膜与介质膜的比较
下表列出了金属膜与介质膜的理想性质. 实际的材料或多或少地会偏离这些理想材料,如介质有一 定的消光系数k,而金属也有一定的实数折射率n.
金属膜 K--λ 应用 介质膜 应用 利用其吸收小, 选择性反射,设计参 数多,膜层强度高等 特点,在低损耗,高反 射膜,高透射带通滤 光片,截止滤光片以 及各种复杂膜系方面 广泛应用
双光路分光光度计
光学薄膜制作
非光学特性测量
附着力测试 • 利用黏性较强的胶带一端贴于薄膜上另一端撕拉。 应力测试 • 利用悬臂法作弯曲测试 • 利用干涉仪相位移法测量 组成成分测量 • 利用红外光谱仪观察其分子振荡吸收光谱 结构测量 • 利用穿透式电子显微镜观测纵剖面 • 用扫描式电子显微镜做隔电隔磁屏障以提高解析 度直接扫描膜层纵剖面
可以做成连续的溅镀系统，连续 工作
光学薄膜制作
离子束溅镀
特点：
制作的薄膜密度高，散射小 膜折射率稳定均匀，膜厚精准 可以配合其他制镀方法，提高制 镀速率 增加了控制的自由度
光学薄膜制作
离子束助镀
特点：
配以蒸镀或溅镀系统，提高镀膜 速率 成膜纯度高，膜变得更缜密 光谱特性稳定 提高了膜层折射率的均匀性
制镀技术
气态成膜法
液态成膜法
化学气相沉 积（CVD）
物理气相沉 积（PVD）
化学或电化 学作用
光学薄膜制作
物理气相沉积（PVD）
热蒸发蒸镀法
• 热电阻加热、电子枪蒸镀、 雷射蒸镀、弧光放电等 • 平面二极溅镀、射频溅镀、 磁控溅镀等 • 蒸镀和溅镀的结合，有离 子束溅镀、离子束助镀等
电浆溅镀法
离子束溅镀法
光学薄膜制作
热电阻加热
特点：
结构简单、成本低廉、操作方便； 电阻片加热温度有限，高熔点的 氧化物大多无法蒸镀 蒸发速率低； 合金或化合物加热会导致分解。 膜质不硬，密度不高 蒸发源材料： 钨（W,TM=3380℃） 钼（Mo,TM=2980℃） 钽（Ta,TM=2630℃）等
光学薄膜制作
典型结构：Fabry-Perot型滤光片
实际应用：光纤通讯行业，数码，投影仪等
Transmittance%
光学薄膜应用
光 学 薄 膜 的 类 型 与 符 号
光学薄膜应用
减反膜，分色膜， 截止带通滤光膜
光 学 薄 膜 在 投 影 机 上 的 各 种 应 用
减反膜，偏 振分光膜
高射反膜
光学薄膜制作
电子枪蒸镀法
特点：ห้องสมุดไป่ตู้
比起热电阻污染少，膜品质较高；
蒸发范围广，可蒸镀熔点较高之
氧化膜 热效率高、热传导和热辐射损失小 可以镀多层膜 镀膜过程中使用不同材料需要不时 调换
光学薄膜制作
磁控溅镀
特点：
利用磁场作用，提高溅镀速率 提高薄膜的品质 磁场会把电子偏离基板，故可以
在一些较不耐温的基板上镀膜
Thin Film Optics and Coating Technology
应用
原理
薄膜 光学
制作
光学薄膜原理
一、什么是光？
光是一种电磁波
可见光波长范围760~400nm 红外光波长范围0.76~1000um 紫外光波长范围10~400nm
光学薄膜原理
二、光的现象
光波遇到有界面时会受到影响引起反射和透射现象
金属膜反射镜
介电质膜高反射镜
金属有高的反射 率，吸收值大
吸收值小，有极 高的反射率
常用银金铝
反光镜，梳妆镜
高功率雷射镜
高锐度反射镜
光学薄膜应用
减反射镜
减少光学元器件表面的反射光，提高透射光
减反膜的作用 •增加光学系 统透过率 •减少杂散光 •提高象质
减反膜的应用
• 日常生活中 运用最为广 泛如眼镜显 示器屏幕等 等
光学薄膜制作
光学薄膜应用实例：
太阳能电池 ·裸硅表面的反射率在30%以上 ·将电池表面腐蚀成绒面或者多 孔状(增加光与半导体表面作 用的次数,同时会使电池温度 升高) ·镀上减反射膜 (SiO2/SnO2/TiO2/SiNx/SiCx等)
光学薄膜制作
光学薄膜应用实例：
ITO镀膜 ·氧化铟锡（即Indium Tin Oxide, 简称ITO）材料是一种n 型半导体材料，在In2O3掺入 SnO2. ·具有高的导电率、高的可见 光透过率、高的机械硬度和化 学稳定性 ·液晶显示器（LCD）、等离子 显示器（PDP）、电致发光显示 器（ EL/OLED）、触摸屏 （Touch Panel）、太阳能电池 以及其它电子仪表的透明电极 最常用的材料。
光学薄膜制作
带有ITO薄 膜层控制液 晶的运动
THE END Thanks very much！
苏州艾恩杰电子科技有限公司 Suzhou Ing technology Co., Ltd.