光學(xué)鍍膜是指在光學(xué)零件表面上鍍上一層(或多層)金屬(或介質(zhì))薄膜的工藝過(guò)程。在光學(xué)零件表面鍍膜的目的是為了達(dá)到減少或增加光的反射、分束、分色、濾光、偏振等要求。常用的鍍膜法有真空鍍膜(物理鍍膜的一種)和化學(xué)鍍膜。

光學(xué)鍍膜按照用途可以分為三個(gè)類型：

第一種類型是抗反射鍍膜，這種鍍膜可以用來(lái)降低光學(xué)元件表面的一些不必要反射，從而增加光學(xué)元件的透光率，攝影鏡頭的鍍膜就屬于這個(gè)范疇;

第二種類型是高反射鍍膜，它與抗反射鍍膜的原理正好相反，是用來(lái)在物體的表面產(chǎn)生鏡面效果，最高可以反射99.99%以上的入射光;

第三種類型是透明導(dǎo)電鍍膜，是一種既能導(dǎo)電又在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有高透明率的一種薄膜，透明導(dǎo)電薄膜主要用于光電器件(如LED，薄膜太陽(yáng)能電池等)的窗口材料。

鍍膜控制穿過(guò)光學(xué)干涉機(jī)制的反射光和透射光。當(dāng)兩個(gè)光束沿著同步路徑傳輸及其相位匹配時(shí)，波峰值的空間位置也匹配并將結(jié)合創(chuàng)建較大的總振幅。當(dāng)光束為反相位(180°位移)時(shí)，其疊加會(huì)導(dǎo)致在所有峰值的消減效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)合的振幅降低。這些效應(yīng)被分別稱為建設(shè)性和破壞性的干涉。

光的波長(zhǎng)和入射角通常是指定的，折射率和層厚度則可以有所不同以優(yōu)化性能。上述的任何更改將會(huì)影響鍍膜內(nèi)光線的路徑長(zhǎng)度，并將在光透射時(shí)改變相位值。這種效應(yīng)可簡(jiǎn)單地通過(guò)單層增透膜例子說(shuō)明。

當(dāng)光傳輸穿過(guò)系統(tǒng)時(shí)，在鍍膜任一側(cè)的兩個(gè)接口指數(shù)更改處將出現(xiàn)反射。為了使反射最小化，當(dāng)兩個(gè)反射部分在第一界面處結(jié)合時(shí)，我們希望它們之間具有180°相位差。這個(gè)相位差異直接對(duì)應(yīng)于aλ/2位移的正弦波，它可通過(guò)將層的光學(xué)厚度設(shè)置為λ/4獲得最佳實(shí)現(xiàn)。

折射率不僅影響光路長(zhǎng)度(以及相位)，也影響每個(gè)界面的反射特性。反射率通過(guò)菲涅爾公式定義，其反射率與界面兩邊材料的折射率之差息息相關(guān)。

必須考慮到的最后一個(gè)參數(shù)是膜層的入射角。如果光的入射角改變，則每層的內(nèi)角和光程長(zhǎng)度都將受到影響;這將影響反射光束的相位變化量。使用非一般入射時(shí)，S偏振光和P偏振光將從每個(gè)界面互相反射，這將導(dǎo)致兩個(gè)偏振光具有不同的光學(xué)性能。偏振分光計(jì)就是基于這一原理設(shè)計(jì)的。

1、蒸發(fā)沉積

在蒸發(fā)沉積時(shí)，真空室中的源材料受到加熱或電子束轟擊而蒸發(fā)。蒸氣冷凝在光學(xué)表面上。在蒸發(fā)期間，通過(guò)精確控制加熱，真空壓力，基板定位和旋轉(zhuǎn)可以制造出具有特定厚度的均勻光學(xué)鍍膜。

蒸發(fā)具有相對(duì)溫和的性質(zhì)，會(huì)使鍍膜變得松散或多孔。這種松散的鍍膜具有吸水性，改變了膜層的有效折射率，將導(dǎo)致性能降低。通過(guò)離子束輔助沉積技術(shù)可以增強(qiáng)蒸發(fā)鍍膜，在該過(guò)程中，離子束會(huì)對(duì)準(zhǔn)基片表面。這增加了源材料相對(duì)光學(xué)表面的粘附性，產(chǎn)生更多應(yīng)力，使得鍍膜更致密，更耐久。

2、離子束濺射(IBS)

在離子束濺射(IBS)時(shí)，高能電場(chǎng)可以加速離子束。這種加速度使得離子具有顯著的動(dòng)能。在與源材料撞擊時(shí)，離子束會(huì)將靶材的原子“濺射”出來(lái)。

這些被濺射出來(lái)的靶材離子(原子受電離區(qū)影響變?yōu)殡x子)也具有動(dòng)能，會(huì)在與光學(xué)表面接觸時(shí)產(chǎn)生致密的膜。IBS是一種精確的，重復(fù)性強(qiáng)的技術(shù)。

3、等離子體濺射

等離子體濺射是一系列技術(shù)的總稱，例如高級(jí)等離子體濺射和磁控管濺射。不管是哪種技術(shù)，都包括等離子體的產(chǎn)生。

等離子體中的離子經(jīng)加速射入源材料中，撞擊松散的能量源離子，然后濺射到目標(biāo)光學(xué)元件上。雖然不同類型的等離子體濺射具有其獨(dú)特的性質(zhì)和優(yōu)缺點(diǎn)，不過(guò)我們可以將這些技術(shù)集合在一起，因?yàn)樗鼈兙哂泄餐墓ぷ髟恚鼈冎g的差異，相比這種鍍膜技術(shù)與本文中涉及的其他鍍膜技術(shù)之間的差異小得多。

4、原子層沉積

與蒸發(fā)沉積不同，用于原子層沉積(ALD)的源材料不需要從固體中蒸發(fā)出來(lái)，而是直接以氣體的形式存在。盡管該技術(shù)使用的是氣體，真空室中仍然需要很高的溫度。

在ALD過(guò)程中，氣相前驅(qū)體通過(guò)非重疊式的脈沖進(jìn)行傳遞，且脈沖具有自限制性。這種工藝擁有獨(dú)特的化學(xué)性設(shè)計(jì)，每個(gè)脈沖只粘附一層，并且對(duì)光學(xué)件表面的幾何形狀沒(méi)有特殊要求。因此這種工藝使得我們可以高度的對(duì)鍍層厚度和設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，但是會(huì)降低沉積的速率。

5、亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)化表面

小于光波長(zhǎng)的表面結(jié)構(gòu)已成為光學(xué)界的一門(mén)研究課題，其靈感來(lái)自于飛蛾眼睛上的紋理圖案。表面紋理化仍然是一種發(fā)展中的技術(shù)，與傳統(tǒng)的薄膜鍍膜交替沉積高折射率材料和低折射率材料不同的是，它需要改變基片表面的結(jié)構(gòu)。

紋理表面上的特征可以是隨機(jī)的或周期性的，猶如飛蛾眼睛的圖案。對(duì)于亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)化表面的制造，如果想要周期性的圖案，我們可以采用光刻法，如果想要隨機(jī)的圖案，我們可以采用改進(jìn)的等離子體蝕刻。

光學(xué)鍍膜所涉及的制造工藝是勞動(dòng)和資本密集型的，并且十分耗時(shí)。影響鍍膜成本的因素包括被鍍膜的光學(xué)件的數(shù)量，類型，尺寸，需要鍍多少層膜以及光學(xué)件上需要鍍膜的表面數(shù)量。鍍膜采用的沉積工藝對(duì)鍍膜成本以及鍍膜性能方面的影響也十分巨大。此外，在這之前還需要做大量的準(zhǔn)備工作，以確保每個(gè)鍍膜光學(xué)件的質(zhì)量都能達(dá)到最高水平。

在鍍膜之前，清潔和準(zhǔn)備光學(xué)件是非常重要的。光學(xué)元件必須具有適合鍍膜粘附的清潔表面。一旦鍍上膜，基片上未預(yù)先除去的污漬就很難被去除了。愛(ài)特蒙特光學(xué)?會(huì)進(jìn)行一絲不茍的清潔，從而確保最終產(chǎn)品擁有始終如一的高質(zhì)量。

不同的鍍膜沉積技術(shù)，具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。蒂姆(北京)新材料科技有限公司可以提供采用不同的鍍膜沉積技術(shù)鍍膜用的濺射靶材、蒸發(fā)鍍膜材料。請(qǐng)聯(lián)系我們，告訴我們哪種鍍膜材料最適合您的應(yīng)用。

一、化學(xué)鍍膜法和物理鍍膜法

在上世紀(jì)70年代以前，鏡頭鍍膜方法大多以化學(xué)反應(yīng)為主。這種方法必須嚴(yán)格的控制化學(xué)溶液的濃度和架橋劑的組合，進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間和條件等。由于，僅能小量批次生產(chǎn)，所獲得的質(zhì)量良莠不齊。

比較常用的加工法：一為浸鍍法，另一則為噴鍍法。浸鍍法是根據(jù)欲配置膜的性質(zhì)制備含有成分的溶液，然后將玻璃加熱到一定溫度，放入配置好的化學(xué)溶液里，拿出，烘干。

浸鍍法是唯一可以同時(shí)制作雙面膜的方法。不過(guò)，后來(lái)的一些鏡片設(shè)計(jì)要求，不需要雙面膜。因此，必須將另一面清洗掉，增加了成本和環(huán)保的負(fù)擔(dān)。

噴鍍法則是把配置好的膜溶液裝在噴槍上，噴在玻璃表面，并烘干和定型。玻璃載體可以是移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，以增加膜的均勻性?？慑冸p面或單面。以此方法延生的還有一種甩膠法。將溶液滴至鏡片中心，利用鏡片高速旋轉(zhuǎn)的離心力，將溶液均勻的“拋”在表面上。以現(xiàn)在的觀點(diǎn)來(lái)看，化學(xué)鍍膜的好處，在于其設(shè)備投資低，因此它仍然是鍍有機(jī)膜的一種常用且成本低廉的方法。

化學(xué)鍍膜法具有價(jià)格低，操作容易等優(yōu)點(diǎn)，但也有相對(duì)污染較大，無(wú)法鍍多層膜的缺點(diǎn)。新一代的鍍膜技術(shù)改用物理方式，以真空蒸鍍、離子鍍等多種不同的形式進(jìn)行。

物理鍍膜的過(guò)程是在真空條件下，利用氣體放電使工作氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)(膜材)部分離化，在工作氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊作用下，把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉淀積在被鍍基片表面的過(guò)程。物理鍍膜的強(qiáng)度和均勻性普遍高于化學(xué)鍍膜，而且最重要的是物理鍍膜可以進(jìn)行多層鍍膜，而化學(xué)鍍膜受限于其工作原理基本只能實(shí)現(xiàn)單層鍍膜。

二、尼康的納米結(jié)晶涂層鍍膜

進(jìn)入21世紀(jì)，CCD和CMOS逐漸替代了膠片，半導(dǎo)體成像性質(zhì)與化學(xué)顆粒完全是兩回事，因此，人們對(duì)鏡頭鍍膜的要求也發(fā)生了變化，因?yàn)楦泄庠旧硪矔?huì)反射光線，所以更加需要避免鬼影和眩光。

與一直以來(lái)鍍膜依靠反射光干涉的原理不同，納米結(jié)晶涂層是依靠納米級(jí)別的微小結(jié)晶粒子與間隙中的空氣相互作用，降低折射率并使其變得更加穩(wěn)定。折射率下降了，反射光也就隨之減弱。對(duì)于大于入射角的光線來(lái)說(shuō)這是一項(xiàng)具有革命性意義的鍍膜技術(shù)，使得鏡頭鍍膜技術(shù)邁進(jìn)了一個(gè)新時(shí)代。

以往就算鏡頭采用高性能的多層鍍膜，也會(huì)有肉眼可以看到的微量反射，但是如果采用納米結(jié)晶涂層，那反射就微乎其微，肉眼幾乎辨識(shí)不出?？匆幌屡c以前的鍍膜進(jìn)行比較的照片，其不同之處就一目了然了。從左開(kāi)始依次是未鍍膜、多層鍍膜(尼康超級(jí)鍍膜)和納米結(jié)晶涂層。

奇妙的是，納米結(jié)晶涂層看起來(lái)像是只加了一片玻璃，但實(shí)際上這其中包括了11層濾色片一樣薄的玻璃。這樣驚人的鮮明度，你怎么也想不到是通過(guò)11層玻璃實(shí)現(xiàn)的吧。由于它，造成數(shù)碼相機(jī)影像模糊的很大原因——由反射產(chǎn)生的眩光，就得到了極大限度的抑制。這薄薄的納米結(jié)晶涂層真是功不可沒(méi)。