電介質(zhì)鍍膜

電介質(zhì)鍍膜

光學(xué)涂層的目的是改變光學(xué)表面的反射率。 根據(jù)使用的材料和物理現(xiàn)象，原則上可以區(qū)分金屬和電介質(zhì)涂層。 金屬涂層用于反射器和中性密度過(guò)濾器。 可以實(shí)現(xiàn)的反射率由金屬的性質(zhì)給出。 一些常用的光學(xué)應(yīng)用金屬在我們的目錄中有描述。

然而，介電涂層使用光學(xué)干涉來(lái)改變涂覆表面的反射率。 另一個(gè)主要區(qū)別是用于這種涂料的材料顯示出非常低的吸收。 使用光學(xué)干涉涂層，光學(xué)表面的反射率可以從幾乎零（防反射涂層）變化到近100％（R> 99.999％的低損失鏡）。 然而，這些反射率值僅在一定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

有關(guān)光學(xué)干涉涂層物理的更詳細(xì)的解釋，請(qǐng)參閱我們的目錄和第22頁(yè)上引用的文獻(xiàn)！

基礎(chǔ)概述

單個(gè)電介質(zhì)層對(duì)表面反射率的影響如圖1所示。入射光束（a）在空氣層界面處分為透射光束（b）和反射光束（c）。 發(fā)射光束（b）再次被分成反射光束（d）和透射光束（e）。 反射光束（c）和（d）可能會(huì)干擾。

圖1：用于說(shuō)明高指數(shù)材料（左）和低折射率材料（右）的四分之一波長(zhǎng)層的干涉效應(yīng)的示意圖

after P.W. Baumeister “Optical coating technology”, SPIE press monograph, PM 137, Washington 2004

在P.W.之后 波美斯“光學(xué)涂層技術(shù)”，SPIE新聞專著，PM 137，華盛頓2004年

在圖1中，波長(zhǎng)由反射光束的陰影表示。 從“光到光”或“暗到暗”的距離是波長(zhǎng)。 取決于反射光束之間的相位差，可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性或相消干擾。

兩個(gè)介質(zhì)之間界面的反射率取決于介質(zhì)的折射率，入射角和光的偏振度。 一般來(lái)說(shuō)，它是用菲涅耳方程描述的。

光束（c）和（d）之間的相位差由層的光學(xué)厚度n·t（折射率n和幾何厚度t的乘積）給出。 此外，必須考慮到，如果來(lái)自低折射率介質(zhì)的光在界面處反射到高折射率介質(zhì)，則發(fā)生π的相跳躍，即一個(gè)半波。

防反射涂料

單個(gè)低折射率層可用作簡(jiǎn)單的AR涂層。 用于此目的的常見(jiàn)的材料是VIS an NIR中的折射率n = 1.38的氟化鎂。 該材料將熔融二氧化硅的表面反射率降低R?1.8％，藍(lán)寶石幾乎為零。

可以為所有襯底材料設(shè)計(jì)由2-3層組成的單波長(zhǎng)AR涂層，以將給定波長(zhǎng)的反射率降低到接近零。 這些涂層特別用于激光物理學(xué)。 幾種波長(zhǎng)或?qū)挷ㄩL(zhǎng)范圍的AR涂層也是可能的，由4-10層組成。

圖2：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)AR涂層（“V涂層”）（a）和寬帶AR涂層（b）的示意性反射光譜

鏡子和部分反光鏡

常見(jiàn)的反射鏡設(shè)計(jì)是所謂的四分之一波長(zhǎng)疊層，即對(duì)于所需波長(zhǎng)具有等于n·t =λ/ 4的相等光學(xué)厚度的交替的高和低折射率層的疊層。 這導(dǎo)致在層之間的每個(gè)界面處產(chǎn)生的反射光束的相長(zhǎng)干涉。 對(duì)于給定數(shù)量的層對(duì)，反射帶的光譜寬度和可實(shí)現(xiàn)的反射率取決于層材料的折射率的比率。 大的折射率導(dǎo)致寬的反射帶，而可以使用具有低折射率的材料制造窄的反射帶。

圖3：具有相同光學(xué)厚度的高折射率材料（灰色陰影）和低折射率材料（無(wú)陰影）（在[1]之后）（a）的層的四分之一波長(zhǎng)堆疊的示意圖（a），四分之一波長(zhǎng)堆疊的反射率譜 15對(duì)Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2（b）

[1] P.W. 波美斯“光學(xué)涂層技術(shù)”，SPIE新聞專著，PM 137，華盛頓2004年

為了可視化不同折射率比率的影響，圖3b比較了由800對(duì)納米線（n1 / n2 = 2.1 / 1.46和2.35 / 1.46）組成的15對(duì)Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2組成的四分之一波長(zhǎng)的反射率譜。

假設(shè)具有零吸收和散射損耗的理想涂層，隨著層對(duì)數(shù)的增加，理論反射率將接近R = 100％。 也可以僅使用少量的層對(duì)（參見(jiàn)圖4）來(lái)制造具有R = 0％和R = 100％之間的幾個(gè)離散反射率值的部分反射器。 將一些非四分之一波長(zhǎng)層添加到這樣一個(gè)堆棧允許優(yōu)化反射率到任何所需的值。

圖4：800nm的由1,2,3,4,10和15層Ta2O5 / SiO2組成的四分之一波長(zhǎng)堆疊的計(jì)算反射率

圖4還示出了越來(lái)越多的層對(duì)導(dǎo)致反射帶的更陡的邊緣。 這對(duì)于邊緣濾波器尤其重要，即具有平滑側(cè)邊帶的反射鏡。 非常陡峭的邊緣需要大量的層對(duì)，這又導(dǎo)致非常高的反射率。 非常高的反射率值需要非常低的光損耗。 這可以通過(guò)使用濺射技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。