減反射膜原理

　　減反射膜又稱增透膜、AR膜、AR片、減反射膜、AR濾光片，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學(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。最簡(jiǎn)單的增透膜是單層膜，它是鍍?cè)诠鈱W(xué)零件光學(xué)表面上的一層折射率較低的薄膜。如果膜層的光學(xué)厚度是某一波長(zhǎng)的四分之一，相鄰兩束光的光程差恰好為π,即振動(dòng)方向相反，疊加的結(jié)果使光學(xué)表面對(duì)該波長(zhǎng)的反射光減少。適當(dāng)選擇膜層折射率，這時(shí)光學(xué)表面的反射光可以完全消除。

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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。減反射膜是應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的一種光學(xué)薄膜，因此，它至今仍是光學(xué)薄膜技術(shù)中重要的研究課題，研究的重點(diǎn)是尋找新材料，設(shè)計(jì)新膜系,改進(jìn)淀積工藝,使之用最少的層數(shù)，最簡(jiǎn)單、最穩(wěn)定的工藝，獲得盡可能高的成品率，達(dá)到最理想的效果。對(duì)激光薄膜來(lái)說(shuō)，減反射膜是激光損傷的薄弱環(huán)節(jié)，如何提高它的破壞強(qiáng)度，也是人們最關(guān)心的問(wèn)題之一。

　　光具有波粒二相性，即從微觀上既可以把它理解成一種波、又可以把他理解成一束高速運(yùn)動(dòng)的粒子(注意，這里可千萬(wàn)別把它理解成一種簡(jiǎn)單的波和一種簡(jiǎn)單的粒子。它們都是微觀上來(lái)講的。 紅光波的波長(zhǎng)=0.750微米 紫光波長(zhǎng)=0.400微米。 而一個(gè)光子的質(zhì)量是 6.63E-34 千克. 如此看來(lái)他們都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是我們所想想的那種宏觀波和粒子.) 增透膜的原理是把光當(dāng)成一種波來(lái)考慮的，因?yàn)楣獠ê蜋C(jī)械波一樣也具有干涉的性質(zhì)。

　　在鏡頭前面涂上一層增透膜(一般是"氟化鈣",微溶于水),如果膜的厚度等于紅光(注意：這里說(shuō)的是紅光)在增透膜中波長(zhǎng)的四分之一時(shí),那么在這層膜的兩側(cè)反射回去的紅光就會(huì)發(fā)生干涉,從而相互抵消,你在鏡頭前將看不到一點(diǎn)反光,因?yàn)檫@束紅光已經(jīng)全部穿過(guò)鏡頭了.

　　為什么我從來(lái)沒有看到?jīng)]有反光的鏡頭? 原因很簡(jiǎn)單,因?yàn)榭梢姽庥小凹t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫”七種顏色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顧到一種顏色的光讓它完全進(jìn)入鏡頭，一般情況下都是讓綠光全部進(jìn)入的，這種情況下，你在可見光中看到的鏡頭反光其顏色就是藍(lán)紫色，因?yàn)檫@反射光中已經(jīng)沒有了綠光。膜的厚度也可以根據(jù)鏡頭的色彩特性來(lái)決定。

　　定義及其設(shè)計(jì)

　　二十世紀(jì)三十年代發(fā)現(xiàn)的增透膜促進(jìn)了薄膜光學(xué)的早期發(fā)展.對(duì)于技術(shù)光學(xué)的推動(dòng)來(lái)說(shuō)，在所有的光學(xué)薄膜中，增透膜也起著最重要的作用.直至今天，就其生產(chǎn)的總量來(lái)說(shuō)，它仍然超過(guò)所有其他的薄膜 因此，研究增透膜的設(shè)計(jì)和制備教術(shù)，對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有著重要的意義.

　　我們都知道，當(dāng)光線從折射率n0的介質(zhì)射入折射率為n1的另一介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的分界面上就會(huì)產(chǎn)生光的反射.如果介質(zhì)沒有吸收，分界面是一光學(xué)表面，光線又是垂直入射，則反射率R為透射率為

透射率為：

　　例如，折射率為1。52的冕牌玻璃，每個(gè)表面的反射約為4.2%左右。折射率較高的火石玻璃，則表面反射更為顯著.這種表面反射造成了兩個(gè)嚴(yán)重的后果：光能量損失，使象的亮度降低;表面反射光經(jīng)過(guò)多次反射或漫射，有一部分成為雜散光，最后也到達(dá)象平面，使象的襯度降低，從而影響系統(tǒng)的成象質(zhì)量，特別是電視、電影攝影鏡頭等復(fù)雜系統(tǒng)，都包臺(tái)了很多個(gè)與空氣相鄰的表面，如不敷上增透膜將完全不能應(yīng)用.

　　目前已有很多不同類型的增透膜可供利用.以滿足技術(shù)光學(xué)領(lǐng)域的極大部分需要.可是復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和激光光學(xué)，對(duì)減反射性能往往有特殊嚴(yán)格的要求.例如.大功率激光系統(tǒng)要求某些元件有極低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射的破壞.此外，寬帶增透膜提高了象質(zhì)量、色平衡和作用距離，而使系統(tǒng)的全部性能增強(qiáng).因此，生產(chǎn)實(shí)際的需要促使了減反射膜的不斷發(fā)展.

　　在比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中， 入射光的能量往往因多次反射而損失。例如，高級(jí)照相機(jī)的鏡頭有六、七個(gè)透鏡組成。反射損失的光能約占入射光能的一半，同時(shí)反射的雜散光還要影響成像的質(zhì)量。為了減少入射光能在透鏡玻璃表面上反射時(shí)所引起的損失，常在鏡面上鍍一層厚度均勻的透明薄膜(常用氟化鎂MgF2，其折射率為1.38，介于玻璃與空氣之間)，利用薄膜的干涉使反射光能減到最小，這樣的薄膜稱為增透膜。

　　現(xiàn)在我們來(lái)看一下簡(jiǎn)單的單層增透膜。設(shè)膜的厚度為e，當(dāng)光垂直入射時(shí)，薄膜兩表面反射光的光程差為 2ne，由于在膜的上、下表面反射時(shí)都有相位突變 ，結(jié)果沒有附加的相位差，兩反射光干涉相消時(shí)應(yīng)滿足：

單層增透膜

　　單層增透膜膜的最小厚度應(yīng)為(相應(yīng)于k=0 )

　　由于反射光相消，因而透射光加強(qiáng)。

　　單層增透膜只能使某個(gè)特定波長(zhǎng)λ的光盡量減少反射，對(duì)于相近波長(zhǎng)的其他反射光也有不同程度的減弱，但不是減到最弱，對(duì)于一般的照相機(jī)和目視光學(xué)儀器，常選人眼最敏感的波長(zhǎng)λ=550nm作為“控制波長(zhǎng)”，在白光下觀看此薄膜的反射光，黃綠色光最弱，紅光藍(lán)光相對(duì)強(qiáng)一些，因此鏡面呈籃紫色。

　　有些光學(xué)器件需要減少其透射率，以增加反射光的強(qiáng)度。如氦氖激光器中的諧振腔反射鏡，要求對(duì)波長(zhǎng)λ=632.8nm 的單色光的反射率達(dá)99%以上。如果把低折射率的膜改成同樣厚度的高折射率的膜，則薄膜上下表面的兩反射光使干涉加強(qiáng)，這就使反射光增強(qiáng)了，而透射光就減弱，這樣的薄膜就是增反膜或高反射膜。一般的單層增反膜可使反射率提高到30%以上，而多層增反膜可以提高的更多。由于這種介質(zhì)膜對(duì)光的吸收很少，所以比鍍銀、鍍鋁的反射鏡效果更佳。