薄膜光学与镀膜技术课件
合集下载
薄膜光学与镀膜技术
镀膜技术可以提高望远镜镜片的透光率和反射率，从而提高成像质量。 镀膜技术可以减少镜片表面的反射光，降低光斑和眩光，提高观测效果。 镀膜技术可以增加望远镜镜片的硬度和耐磨性，延长使用寿命。 镀膜技术还可以改变望远镜镜片的颜色和温度特性，进一步优化成像效果。
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。
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。
《镀膜工艺》课件
激光镀膜：利用激光照射靶材，使其表 面原子或分子溅射出来，在基材表面形 成薄膜
电子束蒸发镀膜：利用电子束加热靶材， 使其在真空环境下蒸发，在基材表面形 成薄膜
化学镀膜工艺
化学镀膜工艺简介 化学镀膜工艺的分类 化学镀膜工艺的应用领域 化学镀膜工艺的发展趋势
复合镀膜工艺
原理：通过在基材表面沉积多层不同性质的薄膜，形成复合膜层 特点：具有多种功能，如耐磨、耐腐蚀、抗反射等 应用：广泛应用于光学、电子、机械等领域 工艺流程：包括预处理、沉积、后处理等步骤
固化阶段：通过加热、光 照等方法使镀膜材料固化
检测阶段：检查镀膜层的 厚度、均匀性等性能指标
后处理阶段：对镀膜后的 工件进行清洗、抛光等处 理，提高其表面质量
后处理
清洗：去除残留 的化学物质和杂 质
干燥：去除水分， 防止腐蚀和氧化
抛光：提高表面 光洁度，改善外 观
检验：检查镀膜 质量，确保符合 标准要求
研发方向：环保、 节能、高效、多功 能
应用领域：电子、 光学、生物、医疗、 航空航天等
研发成果：新型纳 米材料、有机无机 复合材料、生物材 料等
未来展望：新材料 的研发和应用将推 动镀膜工艺的发展 ，提高产品质量和 性能，拓展应用领 域。
镀膜工艺的绿色化与可持续发展
绿色镀膜：采用 环保材料，减少 对环境的污染
镀膜工艺流程
前处理
目的：去除工件表面的油污、锈迹等杂质 步骤：清洗、除油、除锈、除氧化皮等 设备：清洗机、除油机、除锈机等 材料：清洗剂、除油剂、除锈剂等 注意事项：确保工件表面清洁，避免污染后续镀膜过程
镀膜
准备阶段：选择合适的镀 膜材料和设备
清洗阶段：去除工件表面 的油污、锈迹等
镀膜阶段：将镀膜材料均 匀地涂覆在工件表面
电子束蒸发镀膜：利用电子束加热靶材， 使其在真空环境下蒸发，在基材表面形 成薄膜
化学镀膜工艺
化学镀膜工艺简介 化学镀膜工艺的分类 化学镀膜工艺的应用领域 化学镀膜工艺的发展趋势
复合镀膜工艺
原理：通过在基材表面沉积多层不同性质的薄膜，形成复合膜层 特点：具有多种功能，如耐磨、耐腐蚀、抗反射等 应用：广泛应用于光学、电子、机械等领域 工艺流程：包括预处理、沉积、后处理等步骤
固化阶段：通过加热、光 照等方法使镀膜材料固化
检测阶段：检查镀膜层的 厚度、均匀性等性能指标
后处理阶段：对镀膜后的 工件进行清洗、抛光等处 理，提高其表面质量
后处理
清洗：去除残留 的化学物质和杂 质
干燥：去除水分， 防止腐蚀和氧化
抛光：提高表面 光洁度，改善外 观
检验：检查镀膜 质量，确保符合 标准要求
研发方向：环保、 节能、高效、多功 能
应用领域：电子、 光学、生物、医疗、 航空航天等
研发成果：新型纳 米材料、有机无机 复合材料、生物材 料等
未来展望：新材料 的研发和应用将推 动镀膜工艺的发展 ，提高产品质量和 性能，拓展应用领 域。
镀膜工艺的绿色化与可持续发展
绿色镀膜：采用 环保材料，减少 对环境的污染
镀膜工艺流程
前处理
目的：去除工件表面的油污、锈迹等杂质 步骤：清洗、除油、除锈、除氧化皮等 设备：清洗机、除油机、除锈机等 材料：清洗剂、除油剂、除锈剂等 注意事项：确保工件表面清洁，避免污染后续镀膜过程
镀膜
准备阶段：选择合适的镀 膜材料和设备
清洗阶段：去除工件表面 的油污、锈迹等
镀膜阶段：将镀膜材料均 匀地涂覆在工件表面
光学基础知识及光学镀膜技术
经典教材出品薄膜光學與鍍膜技術薄膜光學與鍍膜技術前言：光學薄膜是指在光學元件上或獨立的基板上鍍上一層或多層之介電質膜或金屬膜來改變光波傳遞的特性。
即應用光波在這些薄膜中進行的現象與原理，如透射、吸收、散射、反射、偏振、相位變化等，進而設計及製造各種單層及多層之光學薄膜來達到科學與工程上的應用。
在本廠的實際應用上，DM半透板與ITO鍍膜屬於這個領域。
光學薄膜雖早於1817年Fraunhofer已經開始利用酸蝕法製成了抗反射膜，但是真正的發展是在1930年真空鍍膜設備之後。
而軍事的需求(望遠鏡、飛彈導向鏡頭、監視衛星、夜視系統等)加速了光學薄膜的開發與研究。
計算機的出現使得設計更為方便，相對的各種理論及設計方法因應而出，光學薄膜的研究於是更為進步並充分應用於各種光電系統及光學儀器之中，如光干涉儀、照相機、望遠鏡、顯微鏡、投影電視機、顯示器、光鑯通訊、汽車工業、眼鏡等。
光學薄膜基本上是藉由干涉作用達到其效果的。
簡單的如肥皂泡沫膜、金屬表層的氧化膜、水面油層的顏色變化，都可以視為單層干涉的效果。
因此，當光在膜層中的干涉現象可以被偵測到時，我們就說這層模是薄的，否則是厚的(k值消散掉)。
由於干涉現象不僅跟膜層的厚度有關，而且光源的干涉性和偵測性的種類也有關。
接下來為各位介紹幾個主題1.波動光學基本理論2.薄膜光學的應用及產品介紹3.薄膜設計方法4.金屬鍍膜材料5.光學薄膜的鍍製方法及設備6.光學薄膜材料。
光學薄膜的製作是理論設計的實現，它不僅和蒸鍍方法及材料有關亦與薄膜支撐者，即基板之表面狀況及材質有密切的關係，事實上光學薄膜的研製的主要困難已經比較少是在設計上，而是在製鍍上，亦即要製造出預期中的光學常數及厚度之薄膜，因此新的製膜方法及監控方式在工程上更顯的重要。
1.波動光學基本理論繞射和干涉的現象常常會被拿在一起來討論,繞射可視為很多光源互相干涉,但其數學處理的方式仍然與干涉不太一樣。
例如全像或光柵,可以用繞射也可以用干涉來解釋,也各有其數學模式。
《光学薄膜膜系设计》课件
，常用的测量方法有光谱椭偏仪法和光谱反射法等。
03
光学薄膜设计方法
膜系设计的基本原则
光学性能原则
薄膜的光学性能应满足设计要求，如 反射、透射、偏振等特性。
物理化学稳定性原则
薄膜应具有优良的物理和化学稳定性 ，能够经受环境因素的影响，如温度 、湿度、紫外线等。
机械强度原则
薄膜应具有足够的机械强度，能够承 受加工和使用过程中的应力。
干涉色散
由于薄膜干涉作用，不同波长的光 波会产生不同的相位差，导致不同 的干涉效果，从而产生色散现象。
薄膜的光学常数
光学常数定义
01
描述介质对光波的折射率、消光系数等光学性质的一组参数。
薄膜的光学常数
02
对于光学薄膜，其光学常数包括折射率、消光系数、热光系数
等。
光学常数测量
03
通过测量光波在薄膜中的传播特性，可以获得薄膜的光学常数
反射膜的应用案例
总结词
反射膜主要用于将特定波段的光反射回原介质，常用于聚光镜、太阳能集热器等领域。
详细描述
反射膜具有高反射率和宽光谱特性，被广泛应用于太阳能利用和照明工程中。通过将反 射膜镀在金属镜面上，可以大大提高光的反射效率，从而实现高效聚光和散热。此外，
反射膜还用于制作装饰性和广告用反射镜面。
干涉现象
当两束或多束相干光波相遇时，会因相位差而产生明暗相间的干 涉条纹。
干涉条件
为了产生稳定的干涉现象，需要满足相干波源、相同频率、相同 方向和相同振动情况等条件。
薄膜的干涉效应
薄膜干涉原理
当光波入射到薄膜表面时，会因 反射和折射而产生干涉现象。
薄膜干涉类型
根据光波在薄膜中传播路径的不同 ，可分为前表面反射干涉和后表面 反射干涉。
光学镀膜ppt课件
光学镀膜
© 2006, ZTE Corporation.
1
分类
增透膜 单层增透 多层增透 反射膜 金属反射膜 介质反射膜 分光膜 普通分光 偏振分光 消偏振分光 二相色分光膜
2
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
增透膜
单层增透膜： 理论解析 ： 若是由介质 n1垂直入射至 n2 反射率＝[ (n2 －n1) / (n1+n2) ]2 穿透率＝4n1n2 / (n1+n2)2 若是空气的折射率是 1.0 ，镀膜的折射率 nc (例如：1.5) ，玻璃的折射率 n (例如：
带通膜 带通膜
通用指标 截止区截止深度：＜0.1% 半带宽 ＜10nm
27
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
作业：
作业： 分光膜：普通分光，偏振分光，消偏振分光 滤光膜或二向色分光膜：长波通，短波通，带通 任选四个找出其应用的具体实力及说明 例子：
名称 偏振分光膜
应用 法拉第电流传感器
说明
利用磁光效应改变光的偏振面，当电流变 化，由于磁性变化导致光在导光棒中偏振 面的改变，从而测量电流，由于需要对光 起偏和检偏，且检偏需要分光以检测S和P 光在不同电流影响下的分光比 ，所以需要 用到偏振分光棱镜，高级的传感器用到的 偏振器实际是格兰泰勒棱镜等高偏振度， 高透过率的元件
7
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
增透膜 用途：
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 指标说明 ： 单层增透：对于一般玻璃反射R<1.5%@532nm，
© 2006, ZTE Corporation.
1
分类
增透膜 单层增透 多层增透 反射膜 金属反射膜 介质反射膜 分光膜 普通分光 偏振分光 消偏振分光 二相色分光膜
2
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
增透膜
单层增透膜： 理论解析 ： 若是由介质 n1垂直入射至 n2 反射率＝[ (n2 －n1) / (n1+n2) ]2 穿透率＝4n1n2 / (n1+n2)2 若是空气的折射率是 1.0 ，镀膜的折射率 nc (例如：1.5) ，玻璃的折射率 n (例如：
带通膜 带通膜
通用指标 截止区截止深度：＜0.1% 半带宽 ＜10nm
27
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
作业：
作业： 分光膜：普通分光，偏振分光，消偏振分光 滤光膜或二向色分光膜：长波通，短波通，带通 任选四个找出其应用的具体实力及说明 例子：
名称 偏振分光膜
应用 法拉第电流传感器
说明
利用磁光效应改变光的偏振面，当电流变 化，由于磁性变化导致光在导光棒中偏振 面的改变，从而测量电流，由于需要对光 起偏和检偏，且检偏需要分光以检测S和P 光在不同电流影响下的分光比 ，所以需要 用到偏振分光棱镜，高级的传感器用到的 偏振器实际是格兰泰勒棱镜等高偏振度， 高透过率的元件
7
© 2006, ZTE Corporation. All rights reserved.
增透膜 用途：
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 指标说明 ： 单层增透：对于一般玻璃反射R<1.5%@532nm，
光学镀膜基础知识PPT
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
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
《现代光学薄膜技术》课件
分类
按照功能和应用，光学薄膜可以 分为增透膜、反射膜、滤光膜、 干涉膜等。
光学薄膜的应用领域
显示行业
液晶显示、等离子显示、投影显示等。
照明行业
LED照明、荧光灯等。
摄影器材
镜头、滤镜等。
太阳能行业
太阳能电池等。
光学薄膜的发展历程
19世纪末
光学薄膜概念诞生，主要用于 镜头增透。
20世纪初
光学薄膜技术逐渐成熟，应用 领域扩大。
真空蒸发镀膜技术适用于各种材料，如金属、半导体、绝缘体等，可以 制备单层膜、多层膜以及复合膜。
真空蒸发镀膜的缺点是难以控制薄膜的厚度和均匀性，且不适用于制备 高熔点材料。
溅射镀膜
溅射镀膜是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积在基片上形 成薄膜的方法。该方法具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量，适用于制备高质量的多层光 学薄膜。
详细描述
高温防护膜通常由耐高温材料制成，如硅、石英等，能够承受较高的温度和恶劣的环境条件。这种薄膜常用于工 业炉、高温炉、激光器等设备的光学元件保护，防止高温对光学表面的损伤和退化，保证设备的长期稳定性和可 靠性。
05
CATALOGUE
光学薄膜的未来发展
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
如新型高分子材料、金属氧化物、氮 化物等，具有优异的光学性能和稳定 性，能够提高光学薄膜的耐久性和功 能性。
THANKS
感谢观看
离子束沉积技术可以应用于各种材料，如金属、非金属、 半导体、绝缘体等，可以制备单层膜、多层膜以及复合膜 。
离子束沉积的缺点是设备成本较高，且需要较高的真空度 条件。
03
CATALOGUE
光学薄膜的性能参数
按照功能和应用，光学薄膜可以 分为增透膜、反射膜、滤光膜、 干涉膜等。
光学薄膜的应用领域
显示行业
液晶显示、等离子显示、投影显示等。
照明行业
LED照明、荧光灯等。
摄影器材
镜头、滤镜等。
太阳能行业
太阳能电池等。
光学薄膜的发展历程
19世纪末
光学薄膜概念诞生，主要用于 镜头增透。
20世纪初
光学薄膜技术逐渐成熟，应用 领域扩大。
真空蒸发镀膜技术适用于各种材料，如金属、半导体、绝缘体等，可以 制备单层膜、多层膜以及复合膜。
真空蒸发镀膜的缺点是难以控制薄膜的厚度和均匀性，且不适用于制备 高熔点材料。
溅射镀膜
溅射镀膜是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积在基片上形 成薄膜的方法。该方法具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量，适用于制备高质量的多层光 学薄膜。
详细描述
高温防护膜通常由耐高温材料制成，如硅、石英等，能够承受较高的温度和恶劣的环境条件。这种薄膜常用于工 业炉、高温炉、激光器等设备的光学元件保护，防止高温对光学表面的损伤和退化，保证设备的长期稳定性和可 靠性。
05
CATALOGUE
光学薄膜的未来发展
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
如新型高分子材料、金属氧化物、氮 化物等，具有优异的光学性能和稳定 性，能够提高光学薄膜的耐久性和功 能性。
THANKS
感谢观看
离子束沉积技术可以应用于各种材料，如金属、非金属、 半导体、绝缘体等，可以制备单层膜、多层膜以及复合膜 。
离子束沉积的缺点是设备成本较高，且需要较高的真空度 条件。
03
CATALOGUE
光学薄膜的性能参数
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。
薄膜光学PPT课件
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
薄膜光学与镀膜技术ppt课件
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
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
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 • 高反射镜 减少杂光 • 减反射镜
实现光束的调 • 分光镜 整或再分配 • 分色镜
通过波长的选 择性透过提高
系统信噪比
• 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
金属膜反射镜
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
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
Transmittance%
光学薄膜应用
带通滤光片
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
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
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 • 高反射镜 减少杂光 • 减反射镜
实现光束的调 • 分光镜 整或再分配 • 分色镜
通过波长的选 择性透过提高
系统信噪比
• 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
金属膜反射镜
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
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
Transmittance%
光学薄膜应用
带通滤光片
- 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)。
8
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
PPT学习交流
9
光学薄膜应用
分光镜
PPT学习交流
中性分 光镜
双色分光 镜原理图 S
P 偏振分光镜 原理图
10
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
PPT学习交流
5
光学薄膜原理
生 活 中 的 光 学 薄 膜
PPT学习交流
6
光学薄膜应用
光学薄膜在光学系统中的作用
PPT学习交流
7
光学薄膜应用
高反射镜
只取反射光，尽量减少透射光
PPT学习交流
PPT学习交流
29
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
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。
PPT学习交流
18
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 ➢ 可以做成连续的溅镀系统，连续 工作
PPT学习交流
19
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 ➢ 增加了控着λ增加而增
大 低的损耗
具有干涉效应
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
PPT学习交流
31
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。
薄膜光学与镀膜技术
Thin Film Optics and Coating Technology
Speaker：Harry
PPT学习交流
1
PPT学习交流
2
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
PPT学习交流
30
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
应用
介质膜
应用
K--λ
R随着λ增加而增 大
高的损耗
较厚膜无干涉效 应
利用其反射 率高,截至带宽, 偏振小,制备简单, 在反射镜,诱导透 射滤光片和消偏 振薄膜等场合广
PPT学习交流
20
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
PPT学习交流
21
光学薄膜制作
镀膜厚度监控的方法
PPT学习交流
22
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
学
薄
膜
在
投
影
机
上
的
各
种 应 用
减反膜，偏 振分光膜
减反膜，分色膜， 截止带通滤光膜
PPT学习交流
高射反膜
14
光学薄膜制作
PPT学习交流
15
光学薄膜制作
物理气相沉积（PVD）
PPT学习交流
16
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
26
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
双光路分光光度计
PPT学习交流
27
光学薄膜制作
非光学特性测量
PPT学习交流
28
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
PPT学习交流
11
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
典型结构：Fabry-Perot型滤光片
Transmittance%
实际应用：光纤通讯行业，数码，投影仪等
PPT学习交流
12
光学薄膜应用
光 学 薄 膜 的 类 型 与 符 号
PPT学习交流
13
光学薄膜应用
光
PPT学习交流
23
光学薄膜制作
光学膜厚监控系统
PPT学习交流
24
光学薄膜制作
PPT学习交流
25
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
PPT学习交流
PPT学习交流
3
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
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)
PPT学习交流
4
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？
蒸发源材料： 钨（W,TM=3380℃） 钼（Mo,TM=2980℃） 钽（Ta,TM=2630℃）等
PPT学习交流
17
光学薄膜制作
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