1 光学薄膜原理
在本文中，我们将介绍光学薄膜的原理、常用的设计软件和镀膜技术。
光学薄膜之所以能实现减反射、高反射或分光等独特功能的基本原理是光的薄膜干涉。薄膜通常由一组或多组高折射率材料层和低折射率材料层交替叠置而成。这些膜层材料一般为氧化物、金属或氟化物。通过设定薄膜的数量、厚度和不同膜层，层间折射率的差异，可以调节膜层之间光束的干涉，以获得所需的功能。
我们以常见的增透膜为例来说明这一现象。为了最大化或减少干扰，镀膜层的光学厚度通常为1/4（QWOT）或1/2（HWOT）。下图中，入射介质的折射率为n0，基板的折射率为ns。因此，可以计算出能够产生干涉消除条件的薄膜材料的折射率的图片。经膜层上表面反射的光束为R1，经膜层下表面反射的光束为R2。当薄膜光学厚度为1/4波长时，R1和R2之间的光程差为1/2波长，满足干涉条件，从而产生干涉相消干涉。现象。
这样，反射光束的强度就变得很小，从而达到减反射的目的。
2 光学薄膜设计软件
为了方便技术人员设计满足各种特定功能的薄膜系统，开发了薄膜设计软件。该设计软件集成了常用的镀膜材料及其参数、膜层模拟和优化算法及分析功能，使技术人员更容易开发和分析。各种胶片系统。常用的薄膜设计软件如下：
TF计算器
TFCalc 是一款用于光学薄膜设计和分析的通用工具。可用于设计各类减反射、高反射、带通、分光、相位等薄膜系统。 TFCalc 可以在基材上设计双面薄膜系统，单个表面上最多有 5,000 个薄膜层。支持薄膜叠层公式的输入，可以模拟多种类型的照明：如锥形光束、随机辐射光束等。 其次，软件具有一定的优化功能，可以采用极值法、变分法等方法来优化胶片系统的反射率、透射率、吸光度、相位、椭圆偏振参数等指标。软件集成了多种分析功能，如反射率、透射率、吸光度、椭偏参数分析、电场强度分布曲线、膜系反射和透射颜色分析、晶体控制曲线计算、膜层公差和灵敏度分析、良率分析等。 TFCalc的操作界面如下：
在如上图的操作界面中，通过输入参数和边界条件并进行优化，就可以得到满足您需求的薄膜系统。操作比较简单，容易上手。
B. 基本麦克劳德
Essential Macleod 是一个完整的光学薄膜分析和设计软件包，具有真正的多文档操作界面。它可以满足光学镀膜设计的各种要求，从简单的单层膜到严格的分光膜。 ，它还可以评估波分复用 (WDM) 和密集波分复用 (DWDM) 滤波器。它可以从头开始设计或优化现有设计，并可以调查设计中的错误。它的功能丰富，功能强大。
软件设计界面如下图所示：
C.OptiLayer
OptiLayer软件支持光学薄膜的全流程：参数-设计-生产-反演分析。它包括三个部分：OptiLayer、OptiChar、OptiRE。还有一个OptiReOpt动态链接库（DLL）可以增强软件的功能。
OptiLayer检查从设计到目标的评估函数，通过优化实现设计目标，并进行生产前误差分析。 OptiChar考察了薄膜理论中各种重要因素下层状材料光谱特性与其测量的光谱特性之间的差异函数，获得了更好、更真实的层状材料模型以及各因素对当前设计的影响，指出了使用什么设计这一层材料时需要考虑哪些因素？ OptiRE 检查设计模型的光谱特性以及生产后通过实验测量的模型的光谱特性。通过工程反演，我们获得了生产过程中产生的一些误差，并将其反馈到生产过程中，指导生产。上述模块可以通过动态链接库功能链接起来，从而实现从电影设计到制作的一系列过程中的设计、修改和实时监控等功能。
3 涂层技术
根据电镀方法的不同，可分为化学镀膜技术和物理镀膜技术两大类。化学镀膜技术主要分为浸镀和喷镀。该技术污染较大，成膜性能较差。它正逐渐被新一代物理镀膜技术所取代。物理镀膜是通过真空蒸发、离子镀等方法进行的。真空镀膜是在真空中蒸发（或溅射）金属、化合物和其他薄膜材料，使其沉积在被镀基材上的方法。在真空环境下，镀膜设备杂质较少，可以防止材料表面氧化，有利于保证薄膜的光谱均匀性和厚度一致性，因此得到广泛应用。
一般情况下，1个大气压约为10的5Pa次方，真空镀膜所需的气压一般为10的3Pa次方及以上，属于高真空镀膜。在真空镀膜中，光学元件的表面需要非常清洁，因此加工过程中的真空室也需要非常清洁。目前，获得洁净真空环境的方法一般是采用吸尘的方式。采用油扩散泵、分子泵或冷凝泵抽真空，获得高真空环境。油扩散泵需要冷却水和前级泵。它们体积大、能耗高，会对涂装过程造成污染。分子泵通常需要前级泵来协助其工作，并且价格昂贵。相比之下，冷凝泵不会造成污染。 ，不需要前级泵，效率高，可靠性好，因此最适合光学真空镀膜。常见的真空镀膜机的内室如下图所示：
在真空镀膜中，需要将薄膜材料加热至气态，然后沉积到基材表面形成薄膜层。根据电镀方法的不同，可分为热蒸发加热、溅射加热和离子镀三种类型。
热蒸发加热通常采用电阻丝或高频感应加热坩埚，使坩埚内的薄膜材料受热汽化，形成涂层。
溅射加热分为离子束溅射加热和磁控溅射加热两种。离子束溅射加热利用离子枪发射离子束。离子束以一定的入射角轰击靶材，溅射出其表层。原子沉积到基材表面形成薄膜。离子束溅射的主要缺点是轰击靶材表面的面积太小，沉积速率普遍较低。磁控溅射加热是指电子在电场作用下向基片加速。在此过程中，电子与氩气原子碰撞，电离大量氩离子和电子。电子飞向基板，氩离子被电场加热。靶材在靶材的作用下受到加速轰击，靶材中的中性靶原子沉积在基片上形成薄膜。磁控溅射的特点是成膜速率高、基体温度低、膜层附着力好、可实现大面积镀膜。
离子镀是指利用气体放电使气体或蒸发物质部分电离，在气体离子或蒸发物质离子的轰击下将蒸发物质沉积在基材上的方法。离子镀是真空蒸发和溅射技术的结合。它结合了蒸发和溅射工艺的优点，可以在工件上涂覆复杂的薄膜系统。
4 结论
在这篇文章中，我们首先介绍光学薄膜的基本原理。通过设定薄膜的数量和厚度以及不同薄膜层之间折射率的差异，我们可以实现薄膜层之间光束的干涉，从而获得所需的薄膜层功能。本文接下来介绍常用的电影设计软件，让大家对电影设计有一个初步的了解。在文章的第三部分，我们对镀膜技术进行了详细的介绍，重点介绍了实际中广泛使用的真空镀膜技术。相信通过阅读这篇文章，大家会对光学镀膜有更好的了解。下一篇文章我们将分享涂层部件的涂层测试方法，敬请期待。
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发布时间：2024年4月10日
