增透(tòu)膜介(jiè)紹(shào)
用於玻璃和塑料基底上的增透(tòu)膜
在光學係統中,一個相(xiàng)當重要的組成部分是鏡片上能降低反射的鍍膜。在很多應用領域中(zhōng),增透膜是不可缺少的,否則,無法達到應用的要求。
就拿一個由(yóu)18塊透鏡組成的35mm的自動變焦的照相機來說,假定每個玻璃和空(kōng)氣的界麵有4%的反射,沒有增透的鏡頭光透過率為27%,鍍有一層膜(剩餘的反射為1.3%)的鏡(jìng)頭光透過率為66%,鍍多層(céng)膜(剩餘的反射為0.5%)的為85%。


用於玻璃(lí)基底的增透膜
經典的單層增透膜由一薄層MgF2構成,MgF2在(zài)510nm時的折射(shè)率為n=1.38,需要的膜(mó)厚為d=92nm。因此,在510nm波長時膜層有一個(gè)光學密度(厚度)n*d為1/4的(de)波長。鍍在加熱到(dào)250-300°C的玻璃基底上的MgF2,不但牢固,穩定,並且相當方便,經濟。
想得到更(gèng)低的反射率,最簡單的方(fāng)法是鍍一層CeF3和一層MgF2(各為1/4的光學厚度),可用蒸(zhēng)發船。2層膜的優點是在可見光範圍的中段有更低的反射率,缺點在於在紅,藍端的反射率上升過快。
由於2層膜的效果(guǒ)不(bú)理想,為了達到理想的效果,必須使用3層或多層(céng)膜。

經典的3層膜由一層(céng)1/4光學厚(hòu)度的中折射率物質(1.6-1.7),一層(céng)1/2光學厚(hòu)度的高折射率物質(2.0-2.2)和一層1/4光學厚度的低折射率物質組成。最常用的是Al2O3,ZrO2和MgF2。
在整個光學敏感段(410-680nm)的反射率低於0.5%。3層增透膜的膜(mó)料選擇
膜(mó)料對膜(mó)層(céng)效果有(yǒu)決定性的(de)影響。除了理想的(de)折射(shè)率,每次鍍膜時穩定的折射率,均勻的膜層,低吸收性,牢固性,穩(wěn)定性也非常重要。

MgF2是最常用的第三層低折射率物質。但是,由於塑料不能被高(gāo)溫加熱,用MgF2會使膜層變軟和不(bú)穩定,此時,SiO2是最佳(jiā)的選擇。
Al2O3是最常用的第一層中折(shé)射率物質。它的膜層從紅外到紫外線有相(xiàng)當高的透過率,十分(fèn)牢固,穩定,並(bìng)且(qiě)每次鍍膜(mó)時(shí)有穩定的折射率。
ZrO2通常被用作第二層高折射率物質。它的優(yōu)點是從(cóng)250到7000nm有寬廣(guǎng)的透(tòu)過率,並且,膜層牢固,穩定(dìng)。但是,每次鍍膜時呈(chéng)現不同的折射率,也就是(shì)折射率會隨著膜(mó)厚的增(zēng)加而降低,這種現象可能和它的特殊晶體結構有關。在五個單獨的膜層中ZrO2不同的(de)折(shé)射率。我們可以看到(dào)和和同次性的膜料相比,折射率有急劇的上升(shēng),特別是在中段。ZrO2的另一個缺點是在蒸發是它隻是(shì)部分的溶解,因此,很難得到均勻的膜厚(hòu)。

為了減少單體氧化物的這些缺點,可以使用混(hún)合氧化物。這些混合料(liào)可以根據客戶不(bú)同的折(shé)射率(lǜ)需要來生產。
德國默克公司根據客(kè)戶大量的(de)實際使用情況和多年的(de)膜料生產經驗,研製開發了(le)一(yī)係列的混合(hé)料:
H1,  高折射率,  2.1-2.15
H2,  高折射率,  2.1-2.15
H4,  高折射(shè)率,  2.1-2.15
M1,  中折射率,  1.65-1.7
H1,H2和H4可以被用來生產高折射率的膜層,在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可以被用來生產中折射率(lǜ)得(dé)膜層。H1,H4和(hé)M1也(yě)能鍍在未經加熱的基底上,折(shé)射率會降低。
H1在從可見光到(dào)紫外的波(bō)段內有相當高的透(tòu)過率,在360nm左右有吸收。但(dàn)是,同ZrO2一樣,無法從溶解的狀態下被蒸發,因(yīn)此較難得到比較均(jun1)勻的膜層(céng)。
H2在(zài)可見光的波(bō)段(duàn)內有很高的透過率(lǜ),但是在380nm時(shí)有截止吸收,這意味著當鍍膜條件不理想時,1/2光學厚度的末曾在400nm時會有0.5%的吸(xī)收。H2的優點在於它能從溶解的狀態下被蒸發,因此有良好的同次性和均勻的膜厚。
H4在可見光的波段(duàn)內有很高的透過率,像H1一樣(yàng),在(zài)360n左右有吸收(shōu)。它也能(néng)從溶解的(de)狀態下被蒸發,具有良好的同次性和均勻的膜厚。
M1在從(cóng)近紅外到近紫外的波段內有很(hěn)高的透(tòu)過率,在300nm時有吸收。它也能(néng)從溶解的狀(zhuàng)態下被(bèi)蒸發,具有良好的同次性和均勻的膜厚。此物質適合於(yú)在高折(shé)射率的膜層上鍍增透膜。

我們也可以僅用氧化物來鍍(dù)增透膜。有時會需要很薄的膜厚,在(zài)膜厚和折射率上微小的變動都(dōu)會有很大的影響,因此相對於經典(diǎn)的(de)3層(céng)膜係來說要難(nán)得多。從中可以看出,3層膜在中間波段有最(zuì)低的反射率,但是4層膜(mó)C有著3層膜無法實現的從400到700nm寬廣的低於0.5%的(de)反射率。
用於塑料基底的增透膜在塑料基底上鍍膜,我們無法在鍍膜過(guò)程中加熱基底。因此,我們必(bì)須膜料的(de)選擇上倍加(jiā)小心以確保它能在低溫下形成穩定的膜層(céng)。此外,由於溫度偏低,折射率(lǜ)也隨之變低,因此(cǐ),相應的膜層設計也要改變(biàn)。
MgF2不能在低溫下被蒸鍍,因為隻有(yǒu)在200°C以上的溫度時它才能形成穩(wěn)定的膜層。因此,我們隻能選擇氧(yǎng)化物來蒸鍍。
我們可(kě)以使用下(xià)列氧化物:
SiO2  在塑料基底上(shàng)的折射率為  1.45
Al2O3 1.62
M11.65
Y2O3  1.8
ZrO2  1.9
H11.95
H41.95
TiO2  1.9-2.0
H2不能在低溫下被蒸鍍,因為它在藍光波段有吸(xī)收。
最常用的塑料基底是:
CR39  折射率為(wéi)  1.5
聚碳酸酯(zhǐ)1.59
PMMA1.48-1.50