光学薄膜技术第二章
典型膜系介绍
根据英作用可以将光学薄膜的类型简单的分为：
2、 分束膜
3、 反射膜
4、 滤光片
5豆浆器、 苴她特殊应用的薄膜
一、减反射膜（增透膜）
在众多的光学系统中，一个相当重要的组成部分就是镜片上能降低反射的镀膜。在很多应用领域中，增透 膜就是不可缺少的，否则，无法达到应用的要求。 就拿一个由18块透镜组成
的35mm的自动变焦的照相 机来说，假左每个玻璃与空气的界而有4%的反射，没有增透的镜头光透过率为23%,镀有一层膜（剩余的反射 为1、3%）的镜头光透过率为62、4%,镀多层膜（剩余的反射为0、5%）的为83、5%0
大功率激光系统要求某些元件有极低的表而反射，以避免敏感元件受到不需要的反射光的破坏。此外，宽 带增透膜可以提髙象质量、平衡与作用距离,而使系统的全部性能增强。
当光线从折射率为n0的介质射入折射率为nl的另一介质时，在两介质的分界而上就会产生光的反射, 如果介质没有吸收，分界而就是一光学表而,光线又就是垂直入射，则反射率R为： r=巴二勺 透射率r = i- 帆+厲丿
例，折射率为1、52的冕牌玻璃,每个表面的反射约为4、2強，折射率较髙的火仃玻璃表而的反射更为显著。 这种表而反射造成了两个严重的后果：
1光能量损失，使像的亮度降低：
2表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也达到像平而，使像的衬度降低，分辨率下 降，从而影响光学系统的成像质量。
减反射膜，又称增透膜，它的主要功能就是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表而的反射光，从而增加
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这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光」
最简单的增透膜就是单层膜，它就是镀在光学零件光学表而上的一层 率较低的介于空气折射率与光学元件折射率之间的薄膜。以使某些颜的 光在表而上的反射干涉相消，增加透射。使用最普遍的介质膜材料为氟化镁, 折射率为1、38。 减反射膜可由简单的单层膜至二十层以上的多层膜系构成，单层膜能使某一波长的反射率实际为零，多 层膜则在某一波段具有实际为零的反射率。
减反射膜的工作原理就是基于薄膜干涉原理
入射光在介质膜两表而反射后得两朿相干光，选择折射率适当的介质膜材料，可使两朿相干光的振幅 接近相等，再控制薄膜厚度，使两相干光的光程差满足干涉极小条件，此时反射光能疑将完全消除或大大 减弱。适当条件下可完全没有反射光或只有很弱的反射光。
1、1单层减反射膜
光学薄膜技术第二章
为了减少表面反射率，就在玻璃表而上镀上一层低折射率的薄膜。
理想的单层增透膜的条件就是，膜层的光学厚度为四分之一波长.其折射率为入射介质与基片折射率乘积的 平方根。
在可见区，使用得最普遍的就是折射率为1、62左右的冕脾玻璃。理想的增透膜的折射率为1、2&但就 是至今能利用的薄膜的最低折射率就是1、38(氟化镁)。这虽然不很理想，但也得到了相当的改进。
单层减反射膜只能对某个波长与它附近的较窄波段内的光波起增透作用。
为了在较宽的光谱范国达到更有效的增透效果,常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
1、2双层减反射膜
从上而晶体镀增透膜的例中可以瞧到，为了达到全增透的效果,nn .2 / n 2,则要求将基底的折射 率］、65 提高到 1模拟社区、9(nl=k 3&n2=l、9)。
怎么办？
先沉积一层折射率为1、77光学厚度为X 0/ 4的薄膜，而后再镀MgF2单层膜，就能达到全增透的要求。
常见的多层膜系统就是玻璃一髙折射率材料一低折射率材料一空气，简称G| HL|A系统。H层通常用二 氧化错(n=2、1)、二氧化钛(n=2、40)与硫化锌(n=2、32)等；L层一般用氟化镁(n=k 38)等。
1、双层入0/4膜堆
对于单层氟化镁膜来说，冕牌玻璃的折射率就是太低了。为此，我们可以在玻璃基片上先镀一层入"4厚 的、折射率为n2的薄膜，这时对于波长几来说.薄膜与基片组合的系统可以用一折射率为Y= n? /巧的假想 基片来等价。
显然，当n2>n3时，有Y>n3,也就就是说,在玻璃基片上先镀一层高折射率的儿期厚的膜层后，基片的折射 率从n3提高到n22/ib,然后再镀上入0/4厚的氟化镁膜就能起到更好的增透效果。构成X0/4-X0/4型增透 膜。
但对于偏离X。的波长，表而反射增加,反射率曲线呈V字形，所以也有把这种皿一 W 双层增透膜称 为V形膜的。
在限左两层膜的厚度都就是入o/4的前提下，欲使波长A。的反射光减至零，它们的折射率应满足如下关系：
ni= J防盗追踪 (nr/nJ Do (1)
或 112= ill V 113/ 110 (2)
p22公式
如果外层膜确立用折射率山为1、38的氟化镁，则内层膜的折射率砸取决于基片材料広。见公式(2)。
上而讨论的•' ° / 4一 X ° / 4结构的V形膜只能在较窄的光谱范用内有效地减反射，因此仅适宜于工作波段窄 的系统中应用。
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2、Xo/2- ho/4 膜堆 G | 2HL | A
厚度为Xo/2-Xo/4型的双层增透膜，在中心波长X o两侧，可望有两个反射率极小值，反射率曲线呈 W型，所以也把这种双层增膜称作为W型膜。
同一个G I 2HL I A膜系的减反射效果随着基底折射率的不同而大不相同。欲获得好的减反射效果,膜层折 射率应当随着基底折射率的不同而进行调整。同样，同一个折射率的基底，膜层折射率变化时，减反射效果也大 不相同。
1、3多层减反射膜
双层增透膜的减反射性能比单层增透膜要优越得多，但它并没有全部克服单层增透膜的两个主要缺点：
(1)剩余反射高；
(2)带宽小。
为了克服以上的缺点人们设计出了三层以及多层增透膜。
光学薄膜技术第二章
对于Xo/4-X()/4型的增透膜(V型膜)在中心波长处增透效果好但就是带宽较小,X0/2-X0/4
型的增透膜(W型膜)在一泄程度上展宽了带宽但就是总体的减反射效果不理想，人们想到将它们结合起 来，设计出X o/4- X ()/4- X o/4等型增透膜,不仅提高了增透效果，而且展宽了带宽。
Xo/4-Xo/2 W型膜在低反射区的中央有一个的凸峰，为了降低这个反射率的凸邮，又要保持半波长层的光 滑光谱特性的作用，可以将半波长层分成折射率稍稍不同的两个1/4波长层。
也可以在双层V型膜的基础上构造多层减反射膜，例如在X0/4-X0/4 V型膜的中间插入半波
长的光滑层, 得到典型的Xo/4-Xo/2-Xo/4三层减反射膜结构。
总之，人们可以通过调整层数、厚度、材料来不断的优化设计，由于实际工作中Ao/4的整数倍厚度容易 控制，人们把全部由Xo/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系,反之为非规整膜系。
对于不同折射率的基片,要用不同折射率的薄膜材料，通常就是通过改变内层膜的折射率来实现匹配的。书本 p24图2-6列出了各种不同折射率基片上的三层增透膜的反射率曲线。
对于折射率低于1、63的基丿*|-,.\0/4-.\0/2-.\0/4型三层减反射膜就是合适的;而对于折射率大于1、 66的基片,Xo/4-Xo/2-Xo/2型三层减反射膜更为合适。
1、 4髙折射率基底材料的的减反射膜
在可见区应用的大多数光学玻璃，通常在波长大于3微米以后就不再透明。因此，在红外区经常采用 某些特种玻璃与晶体材料特别就是半导体材料。半导体有很髙的折射率，例如硅约为3、4,而错大约就是4, 确化铅就是5、5便携式洒弹器。这些半导体基片若不镀增透膜，就不可能广泛地使用。
这个问题不同于可见区，在可见区，苴目的就是将大约4%的反射损失减小到千分之几。而在红外区，则就是将 30%左右的反射损失减小为百分之几。一般说在红外区百分之几的损失就是允许的。
前而关于单层增透膜的考虑，也同样完全适用于高折射率基片。错、硅、碎化稼、碑化钢、及铢化钢基片，都 可用单层硫化锌、二氧化铀或一氧化硅有效地增透。同样地,V型双层增透膜的设计理论，也可用于髙折射率 基片。
二、高反射膜
在光学薄膜中，反射膜与增透膜几乎同样重要，高反射膜就是构成激光谐振腔的重要部件之一，同时 在激光的发射与转折中也用髙反射膜作反射器,所以反射膜就是激光技术中很重要的组成部分。
对于光学仪器中的反射系统来说，由于单纯金属膜的特性大都已经满足常用要求，因而我们首先讨论金属反 射膜,在某些应用中，若要求的反射率高于金属膜所能达到的数值则可在金属膜上加额外的介质膜以提高它 们的反射率，最后介绍全介质多层反射膜，由于这种反射膜具有最大的反射率与最小的吸收率因而在激光应 用中得到了广泛的使用。
2、 1金属反射膜p25
在光学工程中，人们先将比金属更容易获得高光洁度的玻璃抛光，再将金属镀制在抛光玻璃表而形成金 属高反射镜。镀制金属反射膜常用的材料有铝(A1)、银(Ag)、金(Au)等,它们的分光反射率曲线如书p27图 2-9 «>
