隨著科技技術的發（fā）展和（hé）經濟全球化，當今人類已（yǐ）進（jìn）入知識經濟社（shè）會和信息社會。並且伴隨“中國製造（zào）”的發展（zhǎn），光學製造在中國（guó）大陸的土地上方興未艾，發展迅猛（měng）異常。中國光學製造已經開始在國際經濟舞台上有了重要（yào）的地位，中（zhōng）國的光學（xué）玻璃產量和（hé）光學零件產量已近名列第一。
光學薄膜是改變光學零件表麵特征而鍍在光學零（líng）件表（biǎo）麵上的一層或多層膜。可以是金屬（shǔ）膜、介質膜或這兩類膜的組合。光學薄膜是各種先進光電技術中不（bú）可（kě）缺少的一部分，它不僅（jǐn）能改善係統性能，而且是滿足設計目標的必要（yào）手段，光學薄膜的應用領域設及光學係統的各個（gè）方麵，包括（kuò）激光係統，光通信，光顯示，光儲存等，主要的光學薄膜器件包括反射膜、減（jiǎn）反射膜、偏振膜、幹涉濾光片和分光鏡等等。
它們（men）在國民經濟和國防建設中得到了廣泛（fàn）的應用，獲得了科學技術工作者的日益重視。
目前，光學鍍膜材料常用品種已（yǐ）達60餘種，而且其品種、應用功能還在不斷被開發。近年來以發展到了金屬膜係，當金、銀、銅和鋁的厚度（dù）為7——20um時，其對可見光的（de）透射率為50%，而紅外光透射率小於10%，這種薄膜已成功地應用於（yú）阿波羅宇宙飛船的麵板，用於透過部分可見光，而反射幾乎全部的紅外光以進行熱控製。以下（xià）本（běn）文（wén）主要介紹光學薄膜的特性原理（lǐ）及分類。
一、光學薄膜的定義
由薄的分層介質構成的，通過界麵傳播光束一類光學介質（zhì）材料，光學（xué）薄膜（mó）的應（yīng）用始於20世紀30年代，光學（xué）薄膜（mó）已經廣泛用（yòng）於光學和光（guāng）電子技術領域，製造各種光（guāng）學（xué）儀器。製備（bèi）條要求件高而精。
光學薄膜的定義是：涉及光在傳播（bō）路徑過程中，附著在光學器件表麵的厚度（dù）薄（báo）而均勻的介質膜層（céng），通過分層介（jiè）質膜層（céng）時的反射、透(折)射和（hé）偏振等特性，以達到我們想要的在某一或是多個波段範圍內的光（guāng）的（de）全（quán）部透過或光的全部反射或偏振分離等各特殊（shū）形態的光。
光學薄膜在我們的生（shēng）活中無處不在，從精密及光學設備、顯示器設備到日常生活中的（de）光學薄膜應用;比方（fāng）說，平時戴的眼鏡、數碼相機、各式家（jiā）電用品，或者是鈔票上的（de）防（fáng）偽技術，皆能被稱之為光學薄膜技（jì）術應用之延伸。倘若沒有光學薄膜技術作為發展基礎，近代光電、通訊或是鐳射（shè）技術將無法有所進展，這也顯示出光學薄膜技術研究（jiū）發展的重要性。
光學薄膜係指在光（guāng）學元（yuán）件或獨立基板上，製鍍上或（huò）塗（tú）布一層或多層介電質膜或金屬（shǔ）膜或這兩類膜的組合（hé），以改變光波之傳遞特性，包括光的透射（shè）、反射、吸收、散射、偏振及相位改變。故經由適當設計可以調變不（bú）同波（bō）段元件表麵之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平麵的光（guāng）具有不同的特性（xìng）。
一般來說，光學薄膜的生產（chǎn）方（fāng）式（shì）主要分為幹法和濕法（fǎ）的（de）生產（chǎn）工藝。所（suǒ）謂的幹（gàn）式就是沒有液體出現在整個（gè）加工過程中，例如（rú）真空蒸鍍是在一真空環境中，以（yǐ）電能加熱固體原物（wù）料（liào），經升華成氣體後（hòu）附（fù）著在一個固體基（jī）材的表麵上，完成塗布加工。日常生活（huó）中所看（kàn）到裝飾用的金色、銀色或具金屬（shǔ）質感的包（bāo）裝膜，就（jiù）是以幹式塗布方式（shì）製（zhì）造（zào）的產品。
但是在實（shí）際量產的考慮下，幹（gàn）式塗布運用的（de）範圍（wéi）小於濕式塗布。濕式塗（tú）布一般的做法（fǎ）是把具有各種功能的成分混合成液態塗料，以不同的加（jiā）工方式塗布在基材上（shàng），然後（hòu）使液態塗料幹燥固化做成（chéng）產品。
二、薄（báo）膜幹涉原（yuán）理
1、光的波動性
19世紀60年代（dài），美國物理學家麥克斯韋發展（zhǎn）了電磁理論，指出光是一種電磁波（bō），使波（bō）動說發展到了相當完美的地步。
由光的波粒二象性可知，光同無線電波、X射（shè）線、?射線一樣都是電磁波，隻（zhī）是它們（men）的頻率（lǜ）不同。電（diàn）磁波（bō）的波長λ、頻率u和傳播速率V三（sān）者之間（jiān）的關係為：
V=λu
由於各種頻率的電磁（cí）波在真空中德傳播速度相等（děng），所（suǒ）以頻率不同的（de）電磁波，它們的波長也就不同。頻率高（gāo）的波長短，頻率低的波長長。為了便於比較，可以按照無線電（diàn）波、紅外線（xiàn）、可見光、紫外線、X射（shè）線（xiàn）和伽瑪射線等的波長(或頻率)的大小，把它們依次排成一個譜，這個譜叫電磁（cí）波（bō）譜。
在電磁波譜中，波長最長的是無線電波，無線電波又因波長的不同（tóng）而分（fèn）為長（zhǎng）波、中波、短波（bō）、超短波和（hé）微波等。其次是紅外線、可見光和紫外（wài）線，這三部分合稱光輻射。在所（suǒ）有的電磁波（bō）中（zhōng），隻（zhī）有（yǒu）可見光可以被人（rén）眼所看到。可見光的波長約（yuē）在0.76微米到0.40微米之間，僅（jǐn）占電磁波譜中很小的一部分（fèn）。再次是X射線。波（bō）長最短的電磁（cí）波是y射線。
光（guāng）既然是一種電磁波（bō），所以在傳播過程中（zhōng），應該變現出所具有的特征---幹（gàn）涉、衍射、偏振等現象。
2、薄（báo）膜幹涉
薄膜可以（yǐ）是透明固體、液體或由兩塊玻（bō）璃所夾的氣體薄層。入射光經薄膜上表麵反射後得第一（yī）束（shù）光，折射光經薄膜下（xià）表麵反射，又經上（shàng）表麵折射後（hòu）得第二束（shù）光，這兩束光（guāng）在薄膜（mó）的同側，由同一入射振動分出，是相幹光，屬分振幅幹涉。若光源為擴展光源(麵光源)，則隻能在（zài）兩相幹光束的特定重疊區（qū）才能觀察（chá）到幹涉，故（gù）屬定域幹涉。對兩表麵互相平行的平麵薄膜（mó），幹涉（shè）條紋定（dìng）域在無窮遠，通常借助於會聚透鏡在其像（xiàng）方焦麵內觀察;對楔（xiē）形薄膜，幹涉條紋定域在薄膜附近。
實驗和理論都證明，隻有兩（liǎng）列光波具有一定關係時，才能產生幹涉條紋（wén），這些關係稱為相幹條件。薄膜的相幹條件包括三點：兩束光波（bō）的頻率相同;束光波的震動方向相同（tóng）;兩束光波的相位差保持恒定。
薄膜幹涉兩相幹光的光程差公（gōng）式為：
Δ=ntcos(α)±λ/2
式（shì）中n為薄膜的折射率;t為入射點的薄膜厚度;α為薄膜內的折（shé）射角;λ/2是由於兩束（shù）相幹光在性質（zhì）不同（tóng）的兩個界麵(一個是（shì）光（guāng）疏介質到（dào）光密介（jiè）質，另一個是光密介質到光疏介質)上反射而引起的附加光程差（chà）。薄膜幹涉原理廣泛（fàn）應用於光學表麵的檢驗、微小的角度或線度的精密測量、減反射膜和幹（gàn）涉（shè）濾光片的（de）製備等。
光是由光（guāng）源中原子或分子的運動狀態發生變（biàn）化輻射出來的，每（měi）個原子或分子每（měi）一次發出的光波（bō），隻有短短的一（yī）列，持續時間約為10億（yì）秒對於兩個獨立的光源來說，產生幹涉的三個條件（jiàn），特（tè）別市相位（wèi）相同或（huò）相位差恒定不變這個條件，很不容易滿足，所以兩個獨立的一（yī）般光源是不能構成相幹光源的。不僅如（rú）此，即（jí）使是同一（yī）個光源上不同部分發出的光，由於它們是不同的原子或分子所發出的，一般也不會幹（gàn）涉。
3、光學薄膜特點分（fèn）類（lèi）
主（zhǔ）要的光學薄膜器件包括反射（shè）膜、減反射膜、偏（piān）振膜、幹涉濾光片和分光鏡等等，它們在國民經（jīng）濟和國防建設中得到廣（guǎng）泛的應用，獲（huò）得了科學技術工作者的日益重視。例（lì）如采用減（jiǎn）反射（shè）膜後可使複雜的光學鏡頭的光通量（liàng）損失成十（shí）倍的減小;采用高反射膜比的反射鏡可使激光器的（de）輸出（chū）功率成倍（bèi）提高;利用光學（xué）薄膜可提高矽電（diàn）池的效率和穩定性。
最簡單的光（guāng）學薄膜模型是表麵光滑、各向同性的均勻介質膜層。在這種情況（kuàng）下，可以用（yòng）光的幹涉理論來（lái）研究（jiū）光（guāng）學薄膜的光學性質。當（dāng）一束單（dān）色光平麵波入射到光學薄（báo）膜上時，在（zài）它的兩個表麵上發生多次反射和折射，反射光（guāng）和折射光的方向有反射定律和折射定律給出，反射（shè）光合折射光的振幅大小則有菲涅爾公式確定。
光學薄膜根據其用途分類、特性（xìng）與應用可分為（wéi）：反射膜、增透膜/減反（fǎn）射膜、濾光片、偏光片/偏光膜、補償膜/相位差板、配向膜、擴（kuò）散膜/片、增亮膜/棱鏡片（piàn）/聚（jù）光片、遮光膜/黑白膠等。相關衍生的種類（lèi）有光學級保（bǎo）護膜、窗膜等。
光學（xué）薄膜的特點是：表麵（miàn）光滑（huá），膜層之間的界麵呈幾何分割;膜層（céng）的折射率在界麵上可以發生（shēng）躍變，但（dàn）在（zài）膜層（céng）內是連續（xù）的;可以是透明介質，也可以是吸（xī）收介質;可以是法向均勻的，也可以是法向不均勻（yún）的。實際應用的薄膜要比理想薄膜複雜得多。這是因為：製備（bèi）時，薄膜的光學性質和物理（lǐ）性質偏離大塊材料，起表麵和界麵是粗糙（cāo）的，從而導致光束的漫反射;膜層之間的相互滲透形成擴散界（jiè）麵（miàn）;由於膜層的（de）生長、結構、應力等（děng）原因，形成了薄膜的各種向異（yì）性;膜層具有複雜的時間（jiān）效應。
反射膜一般可分為兩類，一類是金屬反射膜，一類是（shì）全電介質反射膜（mó）。此（cǐ）外，還有將兩者結合的金屬電介質反射膜，功能是增加光學表麵的反射率。
一般金屬（shǔ）都具有較大的消光係數。當光束由（yóu）空氣入射到金屬表麵時，進入金（jīn）屬內的光振幅迅速衰減，使得進入（rù）金屬內部的光（guāng）能相（xiàng）應減少，而反（fǎn）射光能增加。消光係數越大，光振幅衰減越迅速，進入金屬內部的（de）光能越少（shǎo），反射率越高。人們總（zǒng）是選擇消光係數（shù）較大，光學性質較穩定的金屬作為金屬膜（mó）材料。在紫外區常（cháng）用的金屬薄（báo）材料是鋁（lǚ），在可見光區常用鋁和銀，在紅外區常用金、銀和銅（tóng），此外，鉻和鉑也常作一些特種（zhǒng）薄膜的膜料。
由於鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化（huà）而降低性能，所以必須用電介質膜加以保護。常用的保護膜材料有一氧（yǎng）化矽、氟化鎂、二氧化矽、三氧化二鋁等。
金屬反射膜的優點是製備工藝簡單，工作的波長範圍寬;缺（quē）點是光損大，反射率不可能很（hěn）高。為了使金屬反射膜的反射率進一步提高，可以在膜的外側加鍍幾層（céng）一定厚度的電介質層，組成金（jīn）屬電（diàn）介質反射膜。需要指出（chū）的是，金屬電介（jiè）質射膜增加了某（mǒu）一波長(或者某一波區)的反（fǎn）射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特點。
