光學(xué)薄膜的原理|發(fā)展歷程

光學(xué)薄膜的應(yīng)用始于20世紀(jì)30年代，至今已形成一門獨(dú)立的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在天文、軍事、醫(yī)學(xué)、科學(xué)檢測(cè)、光顯示和光通訊等行業(yè)中。光學(xué)薄膜能改善系統(tǒng)性能，對(duì)光學(xué)儀器的質(zhì)量起著重要或決定性的作用。

光學(xué)薄膜的原理

光學(xué)薄膜是指鍍?cè)谝恍┕鈱W(xué)器件或其他器件表面上的薄膜，來選擇性的吸收某些波長(zhǎng)的光，改變某些波長(zhǎng)的光的透射性或偏振狀態(tài)，或者相位來滿足人們的需要。改變光的透射性光學(xué)薄膜一般由介質(zhì)或金屬分子蒸發(fā)而成，對(duì)于不同波長(zhǎng)的光可以制成不同的厚度，使用這些濾波片要比使用單色光源方便的多。

反射、減反射以及光譜調(diào)控是光學(xué)薄膜的基本功能。利用反射功能，光學(xué)薄膜可以將光線按不同的角度折轉(zhuǎn)到空間的各個(gè)方向。利用減反射功能，光學(xué)薄膜可以將光線在元件表面發(fā)生反射時(shí)將光的損耗降到Zdi，因而使光學(xué)器件和光學(xué)系統(tǒng)的功能更加的wan美。利用光譜調(diào)控功能，可以將光學(xué)系統(tǒng)中的色度進(jìn)行變換，獲得繽紛絢麗的色彩。

光學(xué)薄膜的發(fā)展歷程

如果從Fraunhofer利用化學(xué)方法制備出減反射層算起，光學(xué)薄膜已經(jīng)有近兩百年的歷史。但是，光學(xué)薄膜真正作為一類光學(xué)元件應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)該從20世紀(jì)30年代擴(kuò)散泵應(yīng)用于真空系統(tǒng)開始。近幾十年來，特別是電子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)和薄膜制備過程以來，光學(xué)薄膜元件和技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，形成一種欣欣向榮的大好局面。

Z早論述光學(xué)薄膜性質(zhì)及其制備技術(shù)的專著是Heavens在1955年出版的Optical Properties of Thin Solid Films及Holland在1956年出版的Vacuum Deposition of Thin Films這兩本書，20世紀(jì)60年代初就有了中譯本。在光學(xué)薄膜的發(fā)展歷程中，光學(xué)薄膜的專著出版了很多本，比較有代表性的是Maeleod的Thin Film Optical Filters，該書2001年已經(jīng)有第三版問世，每一版都反映了光學(xué)薄膜發(fā)展的一個(gè)新階段。

國(guó)內(nèi)比較有影響的是唐晉發(fā)等1976年出版的《應(yīng)用薄膜光學(xué)》。在此基礎(chǔ)上2006年又出版了《現(xiàn)代光學(xué)薄膜技術(shù)》，不僅充實(shí)了薄膜技術(shù)的內(nèi)容，光學(xué)薄膜本身的科學(xué)內(nèi)容也有開闊和加深。其他專著如Herman在1996年出版的Optical Diagnostics for Film Processing，F(xiàn)reund等2003年出版的Thin Film Materials Stress Defect Formation and Surface Evolution以及Lakhtakia在2006年出版的Sculptured Thin films Nanoengineered Morphology and Optics等，都在不同方面反映了光學(xué)薄膜的進(jìn)展。

光學(xué)薄膜技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域

光學(xué)薄膜技術(shù)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，總結(jié)光學(xué)薄膜相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要關(guān)注了以下5個(gè)主題方向。

1、膜層功能：光學(xué)薄膜可實(shí)現(xiàn)諸如反射、增透、濾光、分束等不同功能，以滿足多樣化的設(shè)計(jì)要求。不同膜層功能需要用不同的技術(shù)指標(biāo)去描述和評(píng)判。

2、面形偏差：實(shí)際光學(xué)表面與理想光學(xué)表面必然存在一定的偏差，這稱為面形偏差。在光學(xué)薄膜領(lǐng)域，面形偏差一方面由基片加工水平?jīng)Q定，另一方面也會(huì)受到膜層應(yīng)力的影響而降低或加劇。

3、表面疵病：鍍膜表面會(huì)存在一定的缺陷，如麻點(diǎn)、擦痕等，統(tǒng)稱為表面疵病。表面疵病程度會(huì)影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，進(jìn)而制約著光學(xué)薄膜的用途。

4、環(huán)境適應(yīng)性：光學(xué)薄膜必然工作于一定的環(huán)境條件(如：溫度、濕度等)，而在該條件下薄膜能否長(zhǎng)久穩(wěn)定工作，體現(xiàn)了光學(xué)薄膜環(huán)境適應(yīng)性的強(qiáng)弱。環(huán)境適應(yīng)性是評(píng)判光學(xué)薄膜的一項(xiàng)重要因素，需要用一定的環(huán)境試驗(yàn)來檢驗(yàn)。

5、產(chǎn)品應(yīng)用：光學(xué)薄膜Z終會(huì)形成產(chǎn)品(光學(xué)元件)，安裝在儀器中以滿足一定的使用要求。一種應(yīng)用類型的光學(xué)薄膜產(chǎn)品中可能涉及多個(gè)功能的膜層。

隨著光學(xué)薄膜的不斷發(fā)展和進(jìn)步，應(yīng)用的領(lǐng)域也在逐漸增多，雖然在某些方面還需要進(jìn)一步提高的方面，但是根據(jù)目前的發(fā)展勢(shì)頭來看，不久之后都會(huì)一一解決。在現(xiàn)在的研究中，不僅沒有將原有的光學(xué)薄膜放棄，并通過進(jìn)一步研究使其逐漸適應(yīng)發(fā)展，并且研究新型的光學(xué)薄膜，將其利用到新型設(shè)備中，不斷滿足與之有關(guān)的學(xué)科的進(jìn)步。而且要將光學(xué)薄膜保護(hù)環(huán)境方面的性能開發(fā)出來，在不斷發(fā)展的同時(shí)將可持續(xù)發(fā)展觀貫徹到底。