用于玻璃和塑料基底上的增透膜
在眾多的光學(xué)系統(tǒng)中，一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分是鏡片上能降低反射的鍍膜。在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，增透膜是不可缺少的，否則，無(wú)法達(dá)到應(yīng)用的要求。
就拿一個(gè)由18塊透鏡組成的35mm的自動(dòng)變焦的照相機(jī)來(lái)說(shuō)，假定每個(gè)玻璃和空氣的界面有4%的反射，沒(méi)有增透的鏡頭光透過(guò)率為27%，鍍有一層膜（剩余的反射為1.3%）的鏡頭光透過(guò)率為66%，鍍多層膜（剩余的反射為0.5%）的為85%。
在這篇文章中，列舉了一些簡(jiǎn)單的增透膜和使用的材料。值得注意的是由于玻璃可以被高溫加熱，而塑料不能，因此，對(duì)玻璃和塑料必須選用不同的膜料和膜層設(shè)計(jì)。
用于玻璃基底的增透膜
經(jīng)典的單層增透膜由一薄層MgF2構(gòu)成，MgF2在510nm時(shí)的折射率為n=1.38，需要的膜厚為d=92nm。因此，在510nm波長(zhǎng)時(shí)膜層有一個(gè)光學(xué)密度（厚度）n*d為1/4的波長(zhǎng)。鍍?cè)诩訜岬?50-300°C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，穩(wěn)定，并且相當(dāng)方便，經(jīng)濟(jì)，直接使用蒸發(fā)船便可。
想得到更低的反射率，最簡(jiǎn)單的方法是鍍一層CeF3和一層MgF2（各為1/4的光學(xué)厚度），可用蒸發(fā)船。圖1是單層和2層膜的反射曲線。2層膜的優(yōu)點(diǎn)是在可見(jiàn)光范圍的中段有更低的反射率，缺點(diǎn)在于在紅，藍(lán)端的反射率上升過(guò)快。
由于2層膜的效果不理想，為了達(dá)到理想的效果，必須使用3層或多層膜。
經(jīng)典的3層膜由一層1/4光學(xué)厚度的中折射率物質(zhì)（1.6-1.7)，一層1/2光學(xué)厚度的高折射率物質(zhì)
(2.0-2.2)和一層1/4光學(xué)厚度的低折射率物質(zhì)組成。最常用的是Al2O3，ZrO2和MgF2。圖1顯示
在整個(gè)光學(xué)敏感段（410-680nm）的反射率低于0.5%。
3層增透膜的膜料選擇
膜料對(duì)膜層效果有決定性的影響。除了理想的折射率，每次鍍膜時(shí)穩(wěn)定的折射率，均勻的膜層，低吸收性，牢固性，穩(wěn)定性也非常重要。
MgF2是最常用的第三層低折射率物質(zhì)。但是，由于塑料不能被高溫加熱，用MgF2會(huì)使膜層變軟和不穩(wěn)定，此時(shí)，SiO2是最佳的選擇。
Al2O3是最常用的第一層中折射率物質(zhì)。它的膜層從紅外到紫外線有相當(dāng)高的透過(guò)率，十分牢固，穩(wěn)定，并且每次鍍膜時(shí)有穩(wěn)定的折射率。
ZrO2通常被用作第二層高折射率物質(zhì)。它的優(yōu)點(diǎn)是從250到7000nm有寬廣的透過(guò)率，并且，膜層牢固，穩(wěn)定。但是，每次鍍膜時(shí)呈現(xiàn)不同的折射率，也就是折射率會(huì)隨著膜厚的增加而降低，這種現(xiàn)象可能和它的特殊晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖2顯示了在五個(gè)單獨(dú)的膜層中ZrO2不同的折射率。我們可以看到和和同次性的膜料相比，折射率有急劇的上升，特別是在中段。ZrO2的另一個(gè)缺點(diǎn)是在蒸發(fā)是它只是部分的溶解，因此，很難得到均勻的膜厚。
為了減少單體氧化物的這些缺點(diǎn)，可以使用混合氧化物。這些混合料可以根據(jù)客戶不同的折射率需要來(lái)生產(chǎn)。
德國(guó)默克公司根據(jù)客戶大量的實(shí)際使用情況和多年的膜料生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，研制開(kāi)發(fā)了一系列的混合料：
H1， 高折射率， 2.1-2.15
H2， 高折射率， 2.1-2.15
H4， 高折射率， 2.1-2.15
M1， 中折射率， 1.65-1.7
H1,H2和H4可以被用來(lái)生產(chǎn)高折射率的膜層，在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可
以被用來(lái)生產(chǎn)中折射率得膜層。H1,H4和M1也能鍍?cè)谖唇?jīng)加熱的基底上，折射率會(huì)降低。
H1在從可見(jiàn)光到紫外的波段內(nèi)有相當(dāng)高的透過(guò)率，在360nm左右有吸收。但是，同ZrO2一樣，無(wú)法從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此較難得到比較均勻的膜層。
H2在可見(jiàn)光的波段內(nèi)有很高的透過(guò)率，但是在380nm時(shí)有截止吸收，這意味著當(dāng)鍍膜條件不理想時(shí)，1/2光學(xué)厚度的末曾在400nm時(shí)會(huì)有0.5%的吸收。H2的優(yōu)點(diǎn)在于它能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，因此有良好的同次性和均勻的膜厚。
H4在可見(jiàn)光的波段內(nèi)有很高的透過(guò)率，像H1一樣，在360n左右有吸收。它也能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，具有良好的同次性和均勻的膜厚。
圖3顯示了用ZrO2(n=2.05)和上述混合料(n=2.15)的3層增透膜的反射曲線得比較。從中可以看出用混合料的有較好的反射曲線。用ZrO2有交寬廣的曲線，但使用混合料在450和590nm時(shí)有幾乎為零的反射率。
M1在從近紅外到近紫外的波段內(nèi)有很高的透過(guò)率，在300nm時(shí)有吸收。它也能從溶解的狀態(tài)下被蒸發(fā)，具有良好的同次性和均勻的膜厚。此物質(zhì)適合于在高折射率的膜層上鍍?cè)鐾改ぁ?nbsp;
圖4顯示了在高折射率(n=1.625)的玻璃基底上用Al2O3(n=1.65)和M1(n=1.7)的3層增透膜的反射曲線的比較。從中可以看出用M1的效果要好得多。
我們也可以僅用氧化物來(lái)鍍?cè)鐾改ぁD5顯示了用SiO2(n=1.46)和H4(n=2.15)的膜系，當(dāng)然膜厚不再是簡(jiǎn)單的1/2或1/4光學(xué)厚度。有時(shí)會(huì)需要很薄的膜厚，在膜厚和折射率上微小的變動(dòng)都會(huì)有很大的影響，因此相對(duì)于經(jīng)典的3層膜系來(lái)說(shuō)要難得多。從中可以看出，3層膜在中間波段有最低的反射率，但是4層膜C有著3層膜無(wú)法實(shí)現(xiàn)的從400到700nm寬廣的低于0.5%的反射率。
用于塑料基底的增透膜
在塑料基底上鍍膜，我們無(wú)法在鍍膜過(guò)程中加熱基底。因此，我們必須膜料的選擇上倍加小心以確保它能在低溫下形成穩(wěn)定的膜層。此外，由于溫度偏低，折射率也隨之變低，因此，相應(yīng)的膜層設(shè)計(jì)也要改變。
MgF2不能在低溫下被蒸鍍，因?yàn)橹挥性?00°C以上的溫度時(shí)它才能形成穩(wěn)定的膜層。因此，我們只能選擇氧化物來(lái)蒸鍍。
我們可以使用下列氧化物：
SiO2 在塑料基底上的折射率為 1.45
Al2O3 1.62
M1 1.65
Y2O3 1.8
ZrO2 1.9
H1 1.95
H4 1.95
TiO2 1.9-2.0
H2不能在低溫下被蒸鍍，因?yàn)樗谒{(lán)光波段有吸收。
最常用的塑料基底是：
CR39 折射率為 1.5
聚碳酸酯 1.59
PMMA 1.48-1.50
圖6顯示了由M1,H4和SiO2組成的3層增透膜的反射曲線，在從390到750nm的波段上的反射率小于1%。同時(shí)，一個(gè)5層膜也被顯示在圖上作為比較，它的反射曲線在415到680nm的波段上的反射率小于1%，并且在中間波段有相當(dāng)?shù)椎姆瓷渎省?
圖7顯示了由M1,H4和SiO2組成的3層增透膜在聚碳酸酯基底上的反射曲線，在從390到750nm的波段上的反射率小于1%。同時(shí)，一個(gè)4層膜也被顯示在圖上作為比較，它的反射曲線的低反射段比較窄，但是在中間波段由相當(dāng)?shù)偷姆瓷渎省?
小結(jié)：
本文中列舉了一些簡(jiǎn)單的增透膜，當(dāng)然還有許多方法可以達(dá)到同樣的效果，但這已不是這篇簡(jiǎn)短的文章所能包括的。
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