下载文档原格式
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。
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。
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（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。
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。
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。
