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光学薄膜原理、设计软件与镀膜技术

光学薄膜原理、设计软件与镀膜技术


需要增透减反技术可以联系我们上海工厂

上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

1   光学薄膜原理

在上一篇中，我们对光学薄膜的常见功能做了介绍，本篇中，我们将介绍光学薄膜的原理、常用设计软件和镀膜技术方面的内容。
光学薄膜，之所以能实现增透、高反或者分光等独特的功能，其基本原理就是光的薄膜干涉。薄膜通常由一组或多组高折射率材料层和低折射率材料层交替叠加而成，这些膜层材料一般是氧化物、金属或氟化物，通过设定薄膜的层数、厚度和不同膜层之间的折射率差异，可以调控光束在膜层间的干涉情况，从而获得需要的功能。
我们以常见的增透膜为例，来说明这一现象，为了*大程度地提高或降低干涉，膜层的光学厚度通常为所使用的光的波长的1/4 (QWOT) 或 1/2 (HWOT)。在下图中，入射介质的折射率为n0，基片的折射率为ns，因此，可以计算获得能够产生干涉相抵消条件的薄膜材料折射率为图片，经膜层上表面反射的光束为R1，经膜层下表面反射的光束为R2，当膜层的光学厚度为1/4波长时，R1与R2的光程差就为1/2波长，且满足干涉条件，从而产生了干涉相消的现象。

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这样一来，反射光束的强度变的非常小，从而实现了增透的目的。

2   光学薄膜设计软件

为了便于技术人员设计出满足各种特定功能的膜系，人们开发了薄膜设计软件，设计软件集成了常用的镀膜材料及其参数、膜层仿真与优化算法和分析功能，便于技术人员开发和分析各类膜系。常用的膜系设计软件如下：

A、TFCalc

TFCalc是一个光学薄膜设计和分析的通用工具，可用于设计各种类型的减反、高反、带通、分光、相位等膜系。TFCalc能设计基底双面膜系，单面膜层*多可达5000层，支持膜堆公式输入，并可以模拟各种类型的光照：如锥形光束，随机辐射光束等。其次，软件具有一定的优化功能，可用极值、变分法等方法优化膜系的反射率、透过率、吸收率、相位、椭偏参数等目标。软件集成了各种分析功能，如反射率、透过率、吸收率、椭偏参数分析，电场强度分布曲线、膜系反射和透过颜色分析，晶控曲线计算，膜层公差与敏感度分析，良率分析等。TFCalc的操作界面如下：

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在上图的操作界面中，通过输入参数和边界条件，并进行优化，就可以得到满足需求的膜系，操作相对简便，易上手。
B、Essential Macleod
Essential Macleod 是一套完备的光学薄膜分析与设计的软件包，具有真正的多文档操作界面，它能满足光学镀膜设计中的各种要求，从简单的单层膜到严格的分光膜都可以搞定，也能对波分复用（WDM）和密集波分复用（DWDM）滤波片进行测评，可以从头开始设计也可以优化已有的设计，可以勘测在设计中的误差，功能丰富且强大。
该软件的设计界面如下图所示：

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C、OptiLayer
OptiLayer软件支持光学薄膜的全过程：参数-设计-生产-反演分析，它包括OptiLayer,  OptiChar, OptiRE三部分，另有OptiReOpt动态链接库（DLL）可以增强软件的功能。
OptiLayer考察由设计到目标的评价函数，通过优化达到设计目标，并进行预生产误差分析。OptiChar考察在各种薄膜理论中的重要因素下的层材料光谱特性和其实测光谱特性的差异函数，得出较好的切合实际的层材料模型并得出各因素对当前设计的影响，指出用该层材料设计时考察需哪些因素。OptiRE考察设计模型光谱特性和生产后实验测得模型光谱特性，通过工程反演得出生产中产生的一些误差，将其反馈到生产过程中去以指导生产。通过动态链接库功能可将以上几个模块联系起来，从而实现薄膜设计到生产等一系列过程中的设计、修改和实时监测等功能。

3   镀膜技术

按照镀制方式不同，可分为化学镀膜技术和物理镀膜技术两大类。化学镀膜技术主要分为浸镀法和喷镀法，该技术污染较大，且膜层性能不佳，逐渐被新一代的物理镀膜技术所取代。物理镀膜是以真空蒸镀、离子镀等方式进行的，真空镀膜是在真空中，把金属、化合物等膜料进行蒸发（或溅射），使它们沉积在待镀膜的基底上的方法。在真空环境下，镀膜设备有更少的杂质，可以防止材料表面的氧化，有利于保证薄膜的光谱均匀性和厚度一致性，因此应用广泛。
正常情况下，1个大气压约为10的5次方Pa，而真空镀膜所需要的气压一般在10的-3次方Pa及以上，属于高真空镀膜。在真空镀膜中，光学元件表面需要保证很洁净，所以对于加工时的真空腔中也需要很高的洁净度，当前，获得洁净真空环境的方式一般是采用抽真空的方法，常用油扩散泵、分子泵或者冷凝泵来抽取真空，获得高真空环境。油扩散泵需要冷却水和前级泵，体积大，能耗高，会给镀膜过程产生污染，分子泵通常需要前级泵来辅助工作，价格昂贵，相比之下，冷凝泵不会产生污染，不需要前级泵，效率高，可靠性好，因此*适合做光学真空镀膜。常见的真空镀膜机内部腔室如下图所示：
图片
在真空镀膜中，膜料需要被加热到气态的状态，然后沉积到基底表面，形成膜层。根据镀制方式的不同，可以分为热蒸发加热、溅射法加热和离子镀三种类型。
热蒸发加热通常采用电阻丝或者高频感应的方法来加热坩埚，使坩埚中的膜料受热气化蒸发出来，形成镀膜。
溅射法加热又分为离子束溅射加热和磁控溅射加热两类方式，离子束溅射加热是通过离子枪发射离子束，离子束以一定的入射角度轰击靶材并溅射出其表层的原子，后者沉积到基底表面即形成薄膜。离子束溅射的主要缺点是轰击到靶面的面积太小，沉积速率一般较低。磁控溅射加热指电子在电场的作用下加速飞向基片，在这个过程中电子与氩气原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，靶材中呈中性的靶原子沉积在基片上成膜。磁控溅射的特点是成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性好，可实现大面积镀膜。
离子镀是指利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质沉积在基片上的方法。离子镀是真空蒸发与溅射技术的结合，综合了蒸发与溅射工艺的优点，可为复杂膜系的工件做镀膜。

4   结语

在本文中，我们首先对光学薄膜的基本原理做了介绍，通过设定薄膜的层数、厚度和不同膜层之间的折射率差异，可以实现光束在膜层间的干涉，从而获得需要的膜层功能。本文接着介绍了常用的膜系设计软件，以使大家对膜系设计有初步的了解。文章的第三部分，我们对镀膜技术做了详细的介绍，重点阐述了实际中应用较多的真空镀膜技术。




关于我们

上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

    采用德国薄膜制备工艺，形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系，能够制备各种超高性能光学薄膜，包括红外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜，应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、光学科研，红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆，低反射橱窗玻璃，画框，工业灯具照明，广告机，点餐机，电子白板，安防监控等。
    卷柔新技术拥有自主知识产权的全自动生产线【sol-gel溶胶凝胶法镀膜线】，这条生产线能够生产全球先进的减反射玻璃。镀膜版面可达到2440*3660mm，玻璃厚度从0.3mm到12mm都可以,另外针对PC,PMMA方面的增透膜也具有量产生产能力。ARcoating减反膜基本接近无色,色彩还原性好，并且可以避免了磁控溅射的缺点，镀完增透膜后玻璃可以做热弯处理和钢化处理以及DIP打印处理。这个难度和具有很好的应用性，新意突出，实用性突出，湿法镀膜在价格方面也均优于真空磁控的干法。


  卷柔减反射(AR)玻璃的特点:高透,膜层无色,膜硬度高,抗老化性强(耐候性强于玻璃),玻璃长期使用存放不发霉,且有一定的自洁效果.AR增透减反膜玻璃产品广泛应用于**文博展示、低反射幕墙、广告机玻璃、节能灯具盖板玻璃、液晶显示器保护玻璃等多行业。
    我们的愿景：卷柔让光学更具价值！
    我们的使命：有光的地方就有卷柔新技术！
    我们的目标：以高质量的产品，优惠的价格,贴心的服务，为客户提供优良的解决方案。
    上海卷柔科技以现代镀膜技术为核心驱动力，通过镀膜设备、镀膜加工、光学镀膜产品服务于客户，努力为客户创造新的利润空间和竞争优势，为中国的民族制造业的发展贡献力量。


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