電介質(zhì)鍍膜

電介質(zhì)鍍膜

光學涂層的目的是改變光學表面的反射率。 根據(jù)使用的材料和物理現(xiàn)象，原則上可以區(qū)分金屬和電介質(zhì)涂層。 金屬涂層用于反射器和中性密度過濾器。 可以實現(xiàn)的反射率由金屬的性質(zhì)給出。 一些常用的光學應用金屬在我們的目錄中有描述。

然而，介電涂層使用光學干涉來改變涂覆表面的反射率。 另一個主要區(qū)別是用于這種涂料的材料顯示出非常低的吸收。 使用光學干涉涂層，光學表面的反射率可以從幾乎零（防反射涂層）變化到近100％（R> 99.999％的低損失鏡）。 然而，這些反射率值僅在一定波長或波長范圍內(nèi)實現(xiàn)。

有關光學干涉涂層物理的更詳細的解釋，請參閱我們的目錄和第22頁上引用的文獻！

基礎概述

單個電介質(zhì)層對表面反射率的影響如圖1所示。入射光束（a）在空氣層界面處分為透射光束（b）和反射光束（c）。 發(fā)射光束（b）再次被分成反射光束（d）和透射光束（e）。 反射光束（c）和（d）可能會干擾。

圖1：用于說明高指數(shù)材料（左）和低折射率材料（右）的四分之一波長層的干涉效應的示意圖

after P.W. Baumeister “Optical coating technology”, SPIE press monograph, PM 137, Washington 2004

在P.W.之后 波美斯“光學涂層技術”，SPIE新聞專著，PM 137，華盛頓2004年

在圖1中，波長由反射光束的陰影表示。 從“光到光”或“暗到暗”的距離是波長。 取決于反射光束之間的相位差，可能會發(fā)生結構性或相消干擾。

兩個介質(zhì)之間界面的反射率取決于介質(zhì)的折射率，入射角和光的偏振度。 一般來說，它是用菲涅耳方程描述的。

光束（c）和（d）之間的相位差由層的光學厚度n·t（折射率n和幾何厚度t的乘積）給出。 此外，必須考慮到，如果來自低折射率介質(zhì)的光在界面處反射到高折射率介質(zhì)，則發(fā)生π的相跳躍，即一個半波。

防反射涂料

單個低折射率層可用作簡單的AR涂層。 用于此目的的常見的材料是VIS an NIR中的折射率n = 1.38的氟化鎂。 該材料將熔融二氧化硅的表面反射率降低R?1.8％，藍寶石幾乎為零。

可以為所有襯底材料設計由2-3層組成的單波長AR涂層，以將給定波長的反射率降低到接近零。 這些涂層特別用于激光物理學。 幾種波長或?qū)挷ㄩL范圍的AR涂層也是可能的，由4-10層組成。

圖2：單波長AR涂層（“V涂層”）（a）和寬帶AR涂層（b）的示意性反射光譜

鏡子和部分反光鏡

常見的反射鏡設計是所謂的四分之一波長疊層，即對于所需波長具有等于n·t =λ/ 4的相等光學厚度的交替的高和低折射率層的疊層。 這導致在層之間的每個界面處產(chǎn)生的反射光束的相長干涉。 對于給定數(shù)量的層對，反射帶的光譜寬度和可實現(xiàn)的反射率取決于層材料的折射率的比率。 大的折射率導致寬的反射帶，而可以使用具有低折射率的材料制造窄的反射帶。

圖3：具有相同光學厚度的高折射率材料（灰色陰影）和低折射率材料（無陰影）（在[1]之后）（a）的層的四分之一波長堆疊的示意圖（a），四分之一波長堆疊的反射率譜 15對Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2（b）

[1] P.W. 波美斯“光學涂層技術”，SPIE新聞專著，PM 137，華盛頓2004年

為了可視化不同折射率比率的影響，圖3b比較了由800對納米線（n1 / n2 = 2.1 / 1.46和2.35 / 1.46）組成的15對Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2組成的四分之一波長的反射率譜。

假設具有零吸收和散射損耗的理想涂層，隨著層對數(shù)的增加，理論反射率將接近R = 100％。 也可以僅使用少量的層對（參見圖4）來制造具有R = 0％和R = 100％之間的幾個離散反射率值的部分反射器。 將一些非四分之一波長層添加到這樣一個堆棧允許優(yōu)化反射率到任何所需的值。

圖4：800nm的由1,2,3,4,10和15層Ta2O5 / SiO2組成的四分之一波長堆疊的計算反射率

圖4還示出了越來越多的層對導致反射帶的更陡的邊緣。 這對于邊緣濾波器尤其重要，即具有平滑側邊帶的反射鏡。 非常陡峭的邊緣需要大量的層對，這又導致非常高的反射率。 非常高的反射率值需要非常低的光損耗。 這可以通過使用濺射技術來實現(xiàn)。