什么是光學(xué)薄膜？分別有哪些？

光學(xué)薄膜在我們的生活中無(wú)處不在，從精密及光學(xué)設(shè)備、顯示器設(shè)備到日常生活中的光學(xué)薄膜應(yīng)用；比方說(shuō)，平時(shí)戴的眼鏡、數(shù)碼相機(jī)、各式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術(shù)，皆能被稱之為光學(xué)薄膜技術(shù)應(yīng)用之延伸。倘若沒有光學(xué)薄膜技術(shù)作為發(fā)展基礎(chǔ)，近代光電、通訊或是鐳射技術(shù)將無(wú)法有所進(jìn)展，這也顯示出光學(xué)薄膜技術(shù)研究發(fā)展的重要性。

光學(xué)薄膜是指在光學(xué)元件或獨(dú)立基板上，制鍍上或涂布一層或多層介電質(zhì)膜或金屬膜或這兩類膜的組合，以改變光波之傳遞特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改變。故經(jīng)由適當(dāng)設(shè)計(jì)可以調(diào)變不同波段元件表面之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。

一般來(lái)說(shuō)，光學(xué)薄膜的生產(chǎn)方式主要分為干法和濕法的生產(chǎn)工藝。所謂的干式就是沒有液體出現(xiàn)在整個(gè)加工過(guò)程中，例如真空蒸鍍是在一真空環(huán)境中，以電能加熱固體原物料，經(jīng)升華成氣體后附著在一個(gè)固體基材的表面上，完成涂布加工。

日常生活中所看到裝飾用的金色、銀色或具金屬質(zhì)感的包裝膜，就是以干式涂布方式制造的產(chǎn)品。但是在實(shí)際量產(chǎn)的考慮下，干式涂布運(yùn)用的范圍小于濕式涂布。濕式涂布一般的做法是把具有各種功能的成分混合成液態(tài)涂料，以不同的加工方式涂布在基材上，然后使液態(tài)涂料干燥固化做成產(chǎn)品。在本文中僅討論濕式涂布技術(shù)的光學(xué)薄膜產(chǎn)業(yè)。

光學(xué)薄膜根據(jù)其用途分類、特性與應(yīng)用可分為：反射膜、增透膜/減反射膜、分光膜、濾光膜等。

1、反射膜：

反射膜一般可分為兩類，一類是金屬反射膜，一類是全電介質(zhì)反射膜。此外，還有將兩者結(jié)合的金屬電介質(zhì)反射膜，功能是增加光學(xué)表面的反射率。

一般金屬都具有較大的消光系數(shù)。當(dāng)光束由空氣入射到金屬表面時(shí)，進(jìn)入金屬內(nèi)的光振幅迅速衰減，使得進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能相應(yīng)減少，而反射光能增加。消光系數(shù)越大，光振幅衰減越迅速，進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能越少，反射率越高。人們總是選擇消光系數(shù)較大，光學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的金屬作為金屬膜材料。在紫外區(qū)常用的金屬薄材料是鋁，在可見光區(qū)常用鋁和銀，在紅外區(qū)常用金、銀和銅，此外，鉻和鉑也常作一些特種薄膜的膜料。由于鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能，所以必須用電介質(zhì)膜加以保護(hù)。常用的保護(hù)膜材料有一氧化硅、氟化鎂、二氧化硅、三氧化二鋁等。

金屬反射膜的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，工作的波長(zhǎng)范圍寬；缺點(diǎn)是光損大，反射率不可能很高。為了使金屬反射膜的反射率進(jìn)一步提高，可以在膜的外側(cè)加鍍幾層一定厚度的電介質(zhì)層，組成金屬電介質(zhì)反射膜。需要指出的是，金屬電介質(zhì)射膜增加了某一波長(zhǎng)（或者某一波區(qū)）的反射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特點(diǎn)。

鋁箔反射膜Dike鋁箔隔熱卷材，又稱阻隔膜、隔熱膜、隔熱箔、拔熱膜、反射膜等。由鋁箔貼面+聚乙烯薄膜+纖維編織物+金屬涂膜通過(guò)熱熔膠層壓而成，鋁箔卷材具有隔熱保溫、防水、防潮等功能。鋁箔隔熱卷材的日照吸收率（太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)）極低(0.07)，具有卓越的隔熱保溫性能，可以反射掉93%以上的輻射熱，被廣泛應(yīng)用于建筑屋面與外墻隔熱保溫。全電介質(zhì)反射膜是建立在多光束干涉基礎(chǔ)上的。與增透膜相反，在光學(xué)表面上鍍一層折射率高于基體材料的薄膜，就可以增加光學(xué)表面的反射率。最簡(jiǎn)單的多層反射是由高、低折射率的二種材料交替蒸鍍而成的,每層膜的光學(xué)厚度為某一波長(zhǎng)的四分一。在這種條件下，參加疊加的各界面上的反射光矢量，振動(dòng)方向相同。合成振幅隨著薄膜層數(shù)的增加而增加。

相對(duì)應(yīng)的是一種防反射膜，主要功效是提高光線的衍射，使人們能夠長(zhǎng)時(shí)間的觀看文字和圖形。這就需要表面平滑反射少的防反射薄膜。

2、增透膜/減反射膜：

減反射膜又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等學(xué)表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統(tǒng)的雜散光。

減反射膜是以光的波動(dòng)性和干涉現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。二個(gè)振幅相同，波長(zhǎng)相同的光波疊加，那么光波的振幅增強(qiáng)；如果二個(gè)光波原由相同，波程相差，如果這二個(gè)光波疊加，那么互相抵消了。減反射膜就是利用了這個(gè)原理，在鏡片的表面鍍上減反射膜(AR-coating），使得膜層前后表面產(chǎn)生的反射光互相干擾，從而抵消了反射光，達(dá)到減反射的效果。最簡(jiǎn)單的增透膜是單層膜。一般情況下，采用單層增透膜很難達(dá)到理想的增透效果,為了在單波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)零反射,或在較寬的光譜區(qū)達(dá)到好的增透效果，往往采用雙層、三層甚至更多層數(shù)的減反射膜。

減反射膜的實(shí)際應(yīng)用非常廣泛，最常見的是鏡片及太陽(yáng)能電池-通過(guò)制備減反射膜來(lái)提高光伏組件的功率瓦值。目前晶體硅光伏電池使用的減反射膜材料是氮化硅，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，使氨氣和硅烷離子化，沉積在硅片的表面，具有較高的折射率，能起到較好的減反射效果。早期的光伏電池采用二氧化硅和二氧化鈦膜作為減反射層。

3、分光膜：

根據(jù)一定的要求和一定的方式把光束分成兩部分的薄膜，主要包括波長(zhǎng)分光膜、光強(qiáng)分光膜和偏振分光膜。

波長(zhǎng)分光膜又叫雙色分光膜，顧名思義它是按波長(zhǎng)區(qū)域把光束分成兩部分的薄膜。這種膜可以是一種截止濾光片或帶通濾光片，不同的是波長(zhǎng)分光膜不僅要考慮透過(guò)光還要考慮反射光，二者都要求有一定形狀的光譜曲線。

光強(qiáng)分光膜是按照一定的光強(qiáng)比把光束分成兩部分的薄膜，用于可見光的寬帶分光膜又叫中性分光膜，這種膜由于偏振的影響，二束光的偏振狀態(tài)可以相差很多，但例如某些干涉儀則要求兩束光都是消偏振的，這就需要設(shè)計(jì)和制備消偏振膜。

偏振分光膜是利用光斜入射時(shí)薄膜的偏振效應(yīng)制成的，可以分成棱鏡型和平板型兩種。

棱鏡型偏振膜利用布儒斯特角入射時(shí)界面的偏振效應(yīng)，垂直分量振動(dòng)的光則隨薄膜層數(shù)的增加而增加，只要層數(shù)足夠多就可以實(shí)現(xiàn)透過(guò)光束基本是平行方向振動(dòng)的光，而反射光束基本上是垂直方向振動(dòng)的光，從而達(dá)到偏振分光的目的。棱鏡型偏振膜工作的波長(zhǎng)范圍比較寬，偏振度也可以做得比較高，但它抗激光強(qiáng)度比較低。

平板型偏振膜主要是利用在斜入射時(shí)由電介質(zhì)反射膜兩個(gè)偏振分量的反射帶帶寬的不同而制成的。平板型偏振片工作的波長(zhǎng)區(qū)域比較窄，但它可以做得很大，抗激光強(qiáng)度也比較高，所以經(jīng)常用在強(qiáng)激光系統(tǒng)中。

4、濾光膜：

能把光譜中不需要的光過(guò)濾掉的薄膜叫濾光膜，常用于濾光片

濾光片產(chǎn)品主要按光譜波段、光譜特性、膜層材料、應(yīng)用特點(diǎn)等方式分類。

光譜波段：紫外濾光片、可見濾光片、紅外濾光片；

光譜特性：帶通濾光片、截止濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片；

膜層材料：軟膜濾光片、硬膜濾光片；

硬膜濾光片不僅指薄膜硬度方面，更重要的是它的激光損傷閾值，所以它廣泛應(yīng)用于激光系統(tǒng)當(dāng)中，面軟膜濾光片則主要用于生化分析儀當(dāng)中。

帶通型： 選定波段的光通過(guò)，通帶以外的光截止。其光學(xué)指標(biāo)主要是中心波長(zhǎng)（CWL），半帶寬（FWHM)。分為窄帶和寬帶。比如窄帶808濾光片NBP-808。

短波通型(又叫低波通)：短于選定波長(zhǎng)的光通過(guò)，長(zhǎng)于該波長(zhǎng)的光截止。 比如紅外截止濾光片,比如SP680。

長(zhǎng)波通型(又叫高波通)：長(zhǎng)于選定波長(zhǎng)的光通過(guò)，短于該波長(zhǎng)的光截止 比如紅外透過(guò)濾光片，比如LP650。