薄膜光学与镀膜技术

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
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
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
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
电子枪蒸镀法
特点：
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
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
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
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
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
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
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。
光学薄膜制作
带有ITO薄 膜层控制液 晶的运动
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苏州艾恩杰电子科技有限公司 Suzhou Ing technology Co., Ltd.
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。
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
可以做成连续的溅镀系统，连续 工作
光学薄膜Leabharlann Baidu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
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
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
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