光学镀膜基础知识PPT
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
比方说，平时戴的眼镜、数码相机、 各式家电用品等，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。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø金属滤光片 • 金属滤光膜的一般
特性曲线 • 示例图片：
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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；
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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
转换等等。
•
化学气相沉淀（CVD）：主要是通过相关物质的化学反应而形成
满足功能需要求的致密层
成膜工艺
化学方法
物理方法
化学气相沉积 电镀 电解 阳极氧化 等等
真空蒸镀 离子镀 溅射 分子束外延 等等
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
在鍍過膜的鏡片上呈現的顏色就是在 光譜圖上體現的相對反射較高的波段
24
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第二篇 镀膜
2.1真空度； 2.2真空系统的主要结构； 2.3热蒸发系统； 2.4离子源； 2.5膜厚监控系统；
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
1. 观察窗 2. 真空计 3. 气体流量控制器 4. 电子枪仪表盘 5. 电子枪遥控盒 6. 扫描电源 7. 低温冷阱 8. 烘烤窗口 9. 工件盘转动 10. 阻蒸 11. 抽气系统
镀膜机背面构造
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø金属反射膜的选用
• 铝 Al ：最常用，紫外、可见、 红外
• 银 Ag ：反射率最高，稳定性差 • 金 Au ：红外常用，稳定 • 铂 Pt 、铑 Rh： 稳定、坚固
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
阳 光抗 中 有 害膜 紫： 外能 线阻
1.1 为什么要镀膜？
l 举个简单的例子，比如我们佩带的镀膜眼镜片。为什么 要镀膜？
Ø 减反射膜(增透膜)，为多层膜。
•
无论树脂或玻璃镜片其透光率都不能达到100%，会有部分光线被镜片的两个表
面反射回来，折射率越高的镜片反射率也越高。树脂4%、玻璃4.3%。
•
镜片的反射可使光线透过率减少并在视网膜形成干扰像而影响成像的质量，并
了防水、防雾、防尘等等防污染等功能。
•
。。。。。。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
眼镜镀膜
未镀膜
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
有镀膜
1.2 什么是光学薄膜？
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro光学薄膜种类繁多，按照它们所实现性能不同可以 分为: u增透膜（又叫减反膜）AR(Anti-Reflection)
Ø 干涉截止滤光片 要求某一波长范围的光束高透，而偏 离这一区域的光束骤然变为截至。
Ø 带通滤光片 在一定波段内，只有中间一小段是高透射率 的通带，两侧则高反截止（典型：法布里-玻珞滤光片）
Ø 金属滤光片 介质反射膜/间隔层/金属膜/间隔层/介质反 射膜 (长波无次峰、透射率高)
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø 偏振分束膜（PBS） 应用广泛。 一般都用棱镜 分束镜。作用是将光分成偏振态不同的两束。
• 平行板型分束镜分光效率高，偏振效应明显 ，但分光色散问题明显只用于中低要求的光 学装置。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø偏振分光膜（单波长，宽带的PBS)
挡
u UV
Ø全介质反射膜：
✪ 理论上，只需增加膜系的层数，反射率可无限地趋近100%，实际上 由于膜层的吸收（尤其是金属膜），散射损失，当膜系达到一定层数时 ，继续加加镀膜堆，并不能提高其反射率，有时由于吸收、散射损失的 增加而是反射率下降。因此，膜系中的散射，吸收限制了膜堆的最大数 目。
全反射膜主要用于大功率激光系统中（谐振腔）。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u分束膜
• 一般来讲，分束膜总是倾斜使用，常以45度 为准，分束膜有两种：
Ø 中性分束膜（NPBS）适用：自然光、圆偏振光 。 有相应两种分束镜：平板型，胶合棱镜分束 镜，作用是使光强尽量分成50/50。
1. 机械泵 2. 并路阀 3. 电阻规1 4. 罗茨泵 5. 预阀 6. 扩散泵 7. 低温冷阱 8. 冷阱压缩机 9. 压缩空气 10. 低阀 11. 高阀 12. 电阻规2 13. 电离规 14. 晶振探头
(1) 将镀膜材料从固态变为气态； (2) 镀膜材料的气态原子或分子或离子运动到达基片表面； (3) 镀膜材料的气态原子或分子或离子沉积在基片上并逐渐形成薄膜。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
镀膜机基本构造
镀膜机正面构造
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
K9，折射率大概是1.52@632.8nm，垂直入射时的R=（1-1.52）2/ （1+1.52）2 = （0.52/2.52） 2 =4.25%
T=1-4.25%=95.75%
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u反射膜
n 金属膜材料的选择原则： n 先考虑使用波段的要求 n 反射率要求 n 使用环境 n 制作成本等 n 常用有Al，Ag，Au，Pt等材料镀膜
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø消偏振分光膜（单波长，宽带的NPBS)
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u滤光片
• 一般，我们把改变光束性质或颜色的膜叫做滤光膜 • 常见的有：
光学镀膜基础知识
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
钟福明 2014.11.5
培训内容
p 光学薄膜简单介绍 1.1为什么要镀膜； 1.2什么是光学薄膜； 1.3光学薄膜的应用； 1.4光学薄膜分类；
p 镀膜 2.1真空度； 2.2真空系统的主要结构； 2.3蒸发系统； 2.4离子源； 2.5膜厚监控系统；
u 什么是光学薄膜？
• 光学薄膜是指在光学零件上沉积一层或多层的厚度薄而均匀的电 介质膜或金属膜或电介质与金属膜组合的膜堆。
• 光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在光的入 射及反射方向产生光的干涉现象，人们正是利用这种干涉现象， 通过改变材料及其厚度等特性来人为的控制光的干涉，根据需要 来实现光能的重新分配。
能使光学元件减少因反射而损失的光能，从而增 加透射光强度的薄膜 增透膜的作用：
n增加光学系统的通透率 n减少杂散光 n提高像质 n增加作用距离
单点AR
双点倍频AR
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
宽带AR
Ø附：白片的反射或者透过的计算
低真空： 102-10-1 Pa; 超高真空： <10-6 Pa;
Ø 真空镀膜技术 真空蒸发镀膜法是物理气相沉积的基本方法之一，是指在真空条件下，加热 蒸发容器中的镀膜材料，使其原子或分子从表面蒸发或气化逸出，形成蒸气 流，入射到基体表面，凝结生成固态薄膜 。薄膜形成的过程是由气相到吸附 相、再到固相的相变过程，其成膜过程可以分为三步骤：
影响配戴者的外观。如镜片外观涡旋明显，照相反光，看不到配戴者的眼睛。
等等。
Ø 防紫外，射线，
•
还可以选择性地减少某些波段如紫外线、X-射线等等有害射线的透过，以减少
这些射线对眼睛的损伤，保护眼睛免受其害。
Ø 防水、防雾膜。
•
因减反射膜的技术需要，该膜分子间空隙较大，镜片表面容易藏污纳垢。
•
防水、防雾膜物质分子颗粒小、分子之间空隙小，使镜片表面更加光洁，增加
2.1 真空度
Ø 真空度：真空状态气体稀薄程度的物理量，采用与压强相同的计量法。真空 度的单位：Pa，Torr，mba。
Ø 它们之间的关系： lTorr=133.322 Pa; 1mba=100Pa; 1Torr=1.333mba
Ø 真空区间的划分： 粗真空： 105 -102 Pa; 高真空： 10-1-10-6 Pa；
太阳镜上镀有反射膜滤除紫外波， 以保护眼睛
银反射片是一种具有高反射率光学薄 膜、反射率可达到96%以上，广泛应 用于背光显示模组、LCD背光源、彩 屏手机、LCD液晶显示器、手机、电 脑、液晶显示器及仪表、仪器领域。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
p 镀膜指标 3.1镀膜指标测试； 3.2国产机温飘；
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第一篇：光学薄膜简单介绍
1.1 为什么要镀膜； 1.2 什么是光学薄膜； 1.3 光学薄膜的应用； 1.4 光学薄膜分类
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u光学薄膜的类型与符号
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u可見光及膜色
可見光范圍內在550nm的地方是人 眼最敏感的區域，顏色為黃綠色。 可見光范圍內在小于430nm 和大于 690nm的范圍是人眼慢慢趨向遲鈍 的區域。但如果能量足夠強的時候， 人眼還是可以感應到的。
Ø干涉截止滤光片
• 用于分离两个波段 ，故又称二向色镜 。在分色、合色， 隔紫外、隔红外等 场合运用广泛。
• a.性能指标图 • b.应用用途： • 冷光膜、舞厅里色
彩变幻的旋转灯等
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø带通滤光片
• 带通滤光片 • 在光学薄膜学，1899年出现
我们都知道当光线从折射率为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为：
R
=
n0 n0
− +
n1 n1
2 透射率T
=1−
R
其中no指入射介质的折射率，空气中no=1;
则：R=(1-n1)2/(1+n1)2
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。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø金属滤光片 • 金属滤光膜的一般
特性曲线 • 示例图片：
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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；
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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
转换等等。
•
化学气相沉淀（CVD）：主要是通过相关物质的化学反应而形成
满足功能需要求的致密层
成膜工艺
化学方法
物理方法
化学气相沉积 电镀 电解 阳极氧化 等等
真空蒸镀 离子镀 溅射 分子束外延 等等
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
在鍍過膜的鏡片上呈現的顏色就是在 光譜圖上體現的相對反射較高的波段
24
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第二篇 镀膜
2.1真空度； 2.2真空系统的主要结构； 2.3热蒸发系统； 2.4离子源； 2.5膜厚监控系统；
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
1. 观察窗 2. 真空计 3. 气体流量控制器 4. 电子枪仪表盘 5. 电子枪遥控盒 6. 扫描电源 7. 低温冷阱 8. 烘烤窗口 9. 工件盘转动 10. 阻蒸 11. 抽气系统
镀膜机背面构造
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø金属反射膜的选用
• 铝 Al ：最常用，紫外、可见、 红外
• 银 Ag ：反射率最高，稳定性差 • 金 Au ：红外常用，稳定 • 铂 Pt 、铑 Rh： 稳定、坚固
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
阳 光抗 中 有 害膜 紫： 外能 线阻
1.1 为什么要镀膜？
l 举个简单的例子，比如我们佩带的镀膜眼镜片。为什么 要镀膜？
Ø 减反射膜(增透膜)，为多层膜。
•
无论树脂或玻璃镜片其透光率都不能达到100%，会有部分光线被镜片的两个表
面反射回来，折射率越高的镜片反射率也越高。树脂4%、玻璃4.3%。
•
镜片的反射可使光线透过率减少并在视网膜形成干扰像而影响成像的质量，并
了防水、防雾、防尘等等防污染等功能。
•
。。。。。。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
眼镜镀膜
未镀膜
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
有镀膜
1.2 什么是光学薄膜？
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro光学薄膜种类繁多，按照它们所实现性能不同可以 分为: u增透膜（又叫减反膜）AR(Anti-Reflection)
Ø 干涉截止滤光片 要求某一波长范围的光束高透，而偏 离这一区域的光束骤然变为截至。
Ø 带通滤光片 在一定波段内，只有中间一小段是高透射率 的通带，两侧则高反截止（典型：法布里-玻珞滤光片）
Ø 金属滤光片 介质反射膜/间隔层/金属膜/间隔层/介质反 射膜 (长波无次峰、透射率高)
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø 偏振分束膜（PBS） 应用广泛。 一般都用棱镜 分束镜。作用是将光分成偏振态不同的两束。
• 平行板型分束镜分光效率高，偏振效应明显 ，但分光色散问题明显只用于中低要求的光 学装置。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø偏振分光膜（单波长，宽带的PBS)
挡
u UV
Ø全介质反射膜：
✪ 理论上，只需增加膜系的层数，反射率可无限地趋近100%，实际上 由于膜层的吸收（尤其是金属膜），散射损失，当膜系达到一定层数时 ，继续加加镀膜堆，并不能提高其反射率，有时由于吸收、散射损失的 增加而是反射率下降。因此，膜系中的散射，吸收限制了膜堆的最大数 目。
全反射膜主要用于大功率激光系统中（谐振腔）。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u分束膜
• 一般来讲，分束膜总是倾斜使用，常以45度 为准，分束膜有两种：
Ø 中性分束膜（NPBS）适用：自然光、圆偏振光 。 有相应两种分束镜：平板型，胶合棱镜分束 镜，作用是使光强尽量分成50/50。
1. 机械泵 2. 并路阀 3. 电阻规1 4. 罗茨泵 5. 预阀 6. 扩散泵 7. 低温冷阱 8. 冷阱压缩机 9. 压缩空气 10. 低阀 11. 高阀 12. 电阻规2 13. 电离规 14. 晶振探头
(1) 将镀膜材料从固态变为气态； (2) 镀膜材料的气态原子或分子或离子运动到达基片表面； (3) 镀膜材料的气态原子或分子或离子沉积在基片上并逐渐形成薄膜。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
镀膜机基本构造
镀膜机正面构造
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
K9，折射率大概是1.52@632.8nm，垂直入射时的R=（1-1.52）2/ （1+1.52）2 = （0.52/2.52） 2 =4.25%
T=1-4.25%=95.75%
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u反射膜
n 金属膜材料的选择原则： n 先考虑使用波段的要求 n 反射率要求 n 使用环境 n 制作成本等 n 常用有Al，Ag，Au，Pt等材料镀膜
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø消偏振分光膜（单波长，宽带的NPBS)
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u滤光片
• 一般，我们把改变光束性质或颜色的膜叫做滤光膜 • 常见的有：
光学镀膜基础知识
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
钟福明 2014.11.5
培训内容
p 光学薄膜简单介绍 1.1为什么要镀膜； 1.2什么是光学薄膜； 1.3光学薄膜的应用； 1.4光学薄膜分类；
p 镀膜 2.1真空度； 2.2真空系统的主要结构； 2.3蒸发系统； 2.4离子源； 2.5膜厚监控系统；
u 什么是光学薄膜？
• 光学薄膜是指在光学零件上沉积一层或多层的厚度薄而均匀的电 介质膜或金属膜或电介质与金属膜组合的膜堆。
• 光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在光的入 射及反射方向产生光的干涉现象，人们正是利用这种干涉现象， 通过改变材料及其厚度等特性来人为的控制光的干涉，根据需要 来实现光能的重新分配。
能使光学元件减少因反射而损失的光能，从而增 加透射光强度的薄膜 增透膜的作用：
n增加光学系统的通透率 n减少杂散光 n提高像质 n增加作用距离
单点AR
双点倍频AR
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
宽带AR
Ø附：白片的反射或者透过的计算
低真空： 102-10-1 Pa; 超高真空： <10-6 Pa;
Ø 真空镀膜技术 真空蒸发镀膜法是物理气相沉积的基本方法之一，是指在真空条件下，加热 蒸发容器中的镀膜材料，使其原子或分子从表面蒸发或气化逸出，形成蒸气 流，入射到基体表面，凝结生成固态薄膜 。薄膜形成的过程是由气相到吸附 相、再到固相的相变过程，其成膜过程可以分为三步骤：
影响配戴者的外观。如镜片外观涡旋明显，照相反光，看不到配戴者的眼睛。
等等。
Ø 防紫外，射线，
•
还可以选择性地减少某些波段如紫外线、X-射线等等有害射线的透过，以减少
这些射线对眼睛的损伤，保护眼睛免受其害。
Ø 防水、防雾膜。
•
因减反射膜的技术需要，该膜分子间空隙较大，镜片表面容易藏污纳垢。
•
防水、防雾膜物质分子颗粒小、分子之间空隙小，使镜片表面更加光洁，增加
2.1 真空度
Ø 真空度：真空状态气体稀薄程度的物理量，采用与压强相同的计量法。真空 度的单位：Pa，Torr，mba。
Ø 它们之间的关系： lTorr=133.322 Pa; 1mba=100Pa; 1Torr=1.333mba
Ø 真空区间的划分： 粗真空： 105 -102 Pa; 高真空： 10-1-10-6 Pa；
太阳镜上镀有反射膜滤除紫外波， 以保护眼睛
银反射片是一种具有高反射率光学薄 膜、反射率可达到96%以上，广泛应 用于背光显示模组、LCD背光源、彩 屏手机、LCD液晶显示器、手机、电 脑、液晶显示器及仪表、仪器领域。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
p 镀膜指标 3.1镀膜指标测试； 3.2国产机温飘；
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
第一篇：光学薄膜简单介绍
1.1 为什么要镀膜； 1.2 什么是光学薄膜； 1.3 光学薄膜的应用； 1.4 光学薄膜分类
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u光学薄膜的类型与符号
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
u可見光及膜色
可見光范圍內在550nm的地方是人 眼最敏感的區域，顏色為黃綠色。 可見光范圍內在小于430nm 和大于 690nm的范圍是人眼慢慢趨向遲鈍 的區域。但如果能量足夠強的時候， 人眼還是可以感應到的。
Ø干涉截止滤光片
• 用于分离两个波段 ，故又称二向色镜 。在分色、合色， 隔紫外、隔红外等 场合运用广泛。
• a.性能指标图 • b.应用用途： • 冷光膜、舞厅里色
彩变幻的旋转灯等
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
Ø带通滤光片
• 带通滤光片 • 在光学薄膜学，1899年出现
我们都知道当光线从折射率为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为：
R
=
n0 n0
− +
n1 n1
2 透射率T
=1−
R
其中no指入射介质的折射率，空气中no=1;
则：R=(1-n1)2/(1+n1)2