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英莱科技增透膜的原理及应用


时间:2020-04-07

应用领域:机器视觉


   什么是光的增透呢?简而言之就是增加光在光学元器件的透过率,减少其反射。


望远镜镜片反光很弱

   众所周知,常见的光学制品都是玻璃制品,在入射光射到仪器上时,由于反射使光在穿过元器件时降低了强度,一般一个界面可以损失入射光强的4%,双界面就是8%,像一些高精度光学仪器(高精度望远镜和显微镜)一般都有几十个透镜,如果不采取增透措施将会看不到图像。

   一般常用的增透方法就是在光学器件表面镀上一层增透膜。增透膜(又称减反射膜)是指沉积在光学器件表面,以减少表面反射,增加光学系统透过率的光学薄膜。增透膜按工作的波带范围分为单波长、多波长和宽带增透膜,但应用最广的是可见光波段增透膜。由于单层膜的减反射效果有限,更不能在宽光谱范围内达到高减反射效果,为此需要二层、三层乃至多层组合的增透膜。

增透原理

   所谓增透膜,即是在空气—玻璃界面上涂上一层透明的晶体,构成空气—晶体膜—玻璃三层介质,使从晶体膜上表面反射的光与晶体膜下表面反射的光产生干涉相消。


   拓展:一般情况下,当光入射在给定的材料的光学元件的表面时,所产生的反射光与透射光能量确定,在不考虑吸收、散射等其他因素时,反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后,在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时,反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言,分配的结果使反射光的能量减小,透射光的能量增大。光就有这样的特性:通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。

   研究发现,当增透膜的厚度是光在这种介质中波长的四分之一时,它的上下表面反射光差半个波长,能够产生干涉相抵消,从而使反射光趋近为零。随着增透膜的不断开发和研究,光学增透膜的镀膜技术也在不断的发展。光学增透膜的厚度要控制在可见光波长1/4的数量级上,增透膜的均匀度的要求也非常的苛刻 。

镀膜技术

镀膜技术可分为化学镀膜法和物理镀膜法

   ○ 化学镀膜法:化学镀膜法大多以化学反应为主。这种方法必须严格的控制化学溶液的浓度,架桥剂的组合,进行反应的时间和条件等。由于,仅能批次生产,所获得的品质和良率,参差不齐。比较常用的加工法:一为浸镀法,另一则为喷镀法。

   浸镀法是根据欲配置膜的性质制备含有成分的溶液,然后将玻璃加热到一定温度,放入配置好的化学溶液里,拿出,烘干。浸镀法是唯一可以同时制作双面膜的方法。

   喷镀法则是把配置好的膜溶液装在喷枪上,喷在玻璃表面,烘干,定型。玻璃载体可以是移动或旋转,以增加膜的均匀性。可镀双面或单面。以现在的观点来看,化学镀膜的好处,在于其设备投资低,因此它仍然是镀有机膜的一种常用且成本低廉的方法。

   拓展:50年代,设计者就知道镀膜可以减少炫光的发生,也可以增强影像的反差和减少照片中的光晕现象。可是碍于没有适当的加工技术。所以,在光学镜头上镀膜一直仅是最高等级的相机镜头才享有的殊荣。直到1968年新一代的镀膜技术被开发出来,让镀膜工艺可以廉价且标准的执行,才使拥有镀膜的镜头日益大众化。

   ○物理镀膜法:物理镀膜法作为新一代的镀膜技术以真空蒸镀、离子镀等多种不同的形式进行。虽然化学制备具有价格低,操作容易的的优点,但是物理方式的镀膜强度和均匀性普遍高于化学镀膜,而且污染更小,可镀多层膜。

   尽管如此,在人们的不懈探索中,还是掌握了不少行之有效、先进的镀膜技术。目前,常用的镀膜方法有真空蒸镀、化学起相沉积、溶胶—凝胶镀膜等方法。三者相比较,溶胶—凝胶镀膜设备简单、能在常温常压下操作、膜层均匀性高、微观结构可控,适于不同形状、尺寸的基片、能通过控制配方、制备工艺得到高激光破坏阈值的光学薄膜,已成为高功率激光薄膜的最具竞争力的制备方法之一。

   同时,常用的增透膜,并没有使透射光的光强达到最大,也就是说没有使反射光达到最弱。主要是要增透的光往往不是单色的,而是有一定的频宽,而对于一个增透膜只对某一波长的单色光有完全增透的作用。因此可以通过多层镀膜技术来改善增透效果 。

增透膜的发展

   随着人们对增透膜的应用和发展,人们对增透膜的利用有了很多的经验,发现了不少可以作为增透膜的材料;同时也掌握了不少先进的镀膜技术,因此增透膜的应用涉及智能制造、医学、军事、太空探索等各行各业,为人类科技进步作出了重大贡献。