光學(xué)薄膜應(yīng)用及實(shí)例
光學(xué)薄膜是利用薄膜對(duì)光的作用而工作的一種功能薄膜,光學(xué)薄膜在改變光強(qiáng)方面可以實(shí)現(xiàn)分光透射、分光反射、分光吸收以及光的減反、增反、分束、高通、低通、窄帶濾波等功能。
鋁是唯一從紫外到紅外(0.2~30μm)具有很高反射率的材料。大約在波長0.85μm 處反射率出現(xiàn)一極小值,其值為86%。鋁膜對(duì)基板的附著力比較強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性也比較好,所以廣泛用作反射膜。新沉積的鋁膜暴露于常溫大氣后,表面立即形成一層非晶的高透明的Al2O3 膜,短時(shí)間內(nèi)氧化物迅速生長到15~20.,然后緩慢生長,一個(gè)月后達(dá)到50 左右。對(duì)緩慢蒸發(fā)的鋁膜,氧化物的厚度可以達(dá)到90. 以上。氧化物的存在使鋁膜的反射率下降,特別是波長小于200nm 的區(qū)域,為此要用MgF2膜作保護(hù)層。在可見光區(qū),通常用SiO 作為初始材料,蒸發(fā)得到硅的氧化物薄膜作為Al 膜的保護(hù)膜。最佳的制備鋁膜的條件:高純鋁(99.99%);高真空中快速蒸發(fā)(50~100nm/s);基板溫度低于50℃。 在可見光及紅外波段內(nèi),銀膜的反射率是所有已知材料中最高的。在可見光區(qū)和紅外區(qū),反射率分別達(dá)到95%和99%左右。但是,銀膜的附著力差,機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性差,所以主要用于短期使用的零件。銀膜在紫外區(qū)的反射率很低,在波長400nm 開始下降,到320nm 附近降到4%左右。當(dāng)銀膜暴露于空氣中時(shí)反射率會(huì)逐漸降低,主要原因是表面形成的氧化銀(AgO、Ag2O3)和硫化銀,因此要在銀膜上鍍保護(hù)膜。最佳的制備工藝與鋁的相似,即高真空、快速蒸發(fā)、低的基板溫度。 降低薄膜反射率的一個(gè)重要因素是散射。造成散射損耗的原因是多種多樣的,薄膜的成核和生長機(jī)理引起膜層微觀結(jié)構(gòu)的不均勻,從而會(huì)產(chǎn)生散射,借助于電子顯微鏡觀察多層膜斷面的微觀結(jié)構(gòu),其呈現(xiàn)非常明顯的柱狀,膜層內(nèi)部充滿空隙,而面變得凹凸不平。此外,基片表面的粗糙度及其缺陷,還有蒸發(fā)源噴濺的粒子、膜層中的微塵、裂紋和針孔等因素相互交叉構(gòu)成復(fù)雜的散射模型。總的來說我們可以把散射歸結(jié)為二類,即體積散射和表面散射。 4.干涉截止濾光片 要求某一波長范圍的光束高透射,而偏離這一波長的光束驟然變化為高反射(或稱抑制)的干涉截止濾光片有著廣泛的應(yīng)用。我們把抑制短波區(qū)、透射長波區(qū)的濾光片稱為長波通濾光片。相反,抑制長波區(qū)、透射短波區(qū)的截止濾光片就稱為短波通濾光片。 大多數(shù)情況下,是希望截止短于某一特定波長,或者長于該波長的所有光線。通常的辦法是使干涉濾光片同吸收濾光片相組合。它既可以用作截止長波的短波通濾光片,也可以用作截止短波的長波通濾光片。只要改變監(jiān)控膜層厚度的波長,截止限的位置可以隨意移動(dòng)。 |
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