一种具有高透过率的减反射镀膜光学盖板及制备方法

一种具有高透过率的减反射镀膜光学盖板及制备方法

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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。

摘要

本论文针对光学设备对高透光性能的需求，研究一种具有高透过率的减反射镀膜光学盖板及其制备方法。通过优化镀膜材料配方、**镀膜工艺，实现光学盖板在宽光谱范围内的低反射与高透光性能。实验数据表明，该光学盖板在可见光及近红外波段平均反射率低于 1%，平均透过率超过 98%，显著提升光学设备的成像质量与光线利用率，为光学领域的发展提供了新的技术方案与应用思路。

关键词：高透过率；减反射镀膜；光学盖板；制备方法；宽光谱

一、引言

在光学仪器、显示设备、光电探测等领域，光学盖板作为光线传输的重要部件，其光学性能直接影响设备整体表现。传统光学盖板因表面反射导致光线损失，降低设备的成像清晰度、探测灵敏度与显示亮度。随着 5G、AR/VR、智能车载显示等新兴技术的发展，对光学盖板高透过率、低反射率的需求愈发迫切。研发一种具有高透过率的减反射镀膜光学盖板，对提升光学设备性能、推动光学产业升级具有重要意义。

二、高透过率减反射镀膜光学盖板的设计原理

2.1 光学干涉减反射原理

高透过率减反射镀膜光学盖板基于光学干涉原理实现减反射效果。当光线从空气入射到光学盖板表面时，因空气与盖板材料折射率差异产生反射。通过在盖板表面镀制多层具有不同折射率与厚度的薄膜，每层薄膜的上下表面反射光会产生光程差。当光程差满足特定条件（如半波长的奇数倍）时，反射光相位差达到 180°，相互干涉抵消，从而减少反射光强度，增加光线透过率。通过**设计膜系结构，可在特定光谱范围内实现高效减反射。

2.2 膜系结构优化设计

为实现宽光谱高透过率，需对膜系结构进行优化。采用多层膜结构，结合高折射率材料（如 TiO₂、Ta₂O₅）与低折射率材料（如 SiO₂）交替沉积。利用光学薄膜设计软件，通过理论计算与模拟，调整各膜层的材料、厚度及层数，使膜系在可见光（400 - 760nm）及近红外（760 - 1100nm）波段满足干涉相消条件，同时兼顾膜层的机械强度与化学稳定性。

三、镀膜材料的选择与特性

3.1 高折射率材料

选用二氧化钛（TiO₂）与五氧化二钽（Ta₂O₅）作为高折射率材料。TiO₂在可见光与近红外波段具有较高折射率（n ≈ 2.3 - 2.5），化学稳定性好，且成本较低。Ta₂O₅折射率更高（n ≈ 2.1 - 2.2），且具有优异的硬度与耐磨性，适用于对膜层机械性能要求高的场景。两种材料搭配使用，可优化膜系折射率梯度，提升减反射效果 。

3.2 低折射率材料

采用二氧化硅（SiO₂）作为低折射率材料，其折射率较低（n ≈ 1.45），透光性好，在宽光谱范围内吸收损耗低。SiO₂化学性质稳定，与高折射率材料兼容性强，是制备减反射膜的理想选择。通过调整 SiO₂膜层厚度与沉积工艺，可**控制膜系的光学性能。

3.3 功能添加剂

在镀膜材料中添加微量功能性添加剂，如纳米级氧化铝（Al₂O₃）颗粒。Al₂O₃可增强膜层的硬度与抗刮擦性能，同时改善膜层的致密性，减少因环境因素导致的膜层老化与性能衰减，延长光学盖板的使用寿命。

四、高透过率减反射镀膜光学盖板的制备方法

4.1 光学盖板基板预处理

选用上等光学玻璃或蓝宝石作为基板，先使用去离子水与中性清洗剂进行超声波清洗，去除表面油污、灰尘等杂质；再用高纯度乙醇进行擦拭，进一步去除残留污渍；*后通过等离子体清洗机处理，提升基板表面活性，增强镀膜与基板间的附着力。

4.2 镀膜工艺

采用磁控溅射镀膜技术，在真空环境下（气压低于 10⁻³ Pa）进行镀膜。以高纯金属靶材（Ti、Ta、Si）为原料，通过氩离子轰击靶材，使靶材原子或分子沉积在基板表面。镀膜过程中**控制溅射功率、气体流量、基板温度等参数：

•溅射功率：高折射率材料（TiO₂、Ta₂O₅）溅射功率控制在 100 - 150W，低折射率材料（SiO₂）控制在 80 - 120W；

•气体流量：氩气流量为 20 - 30 sccm，氧气流量为 5 - 10 sccm，确保金属靶材充分氧化；

•基板温度：保持在 150 - 200℃，促进膜层结晶，提升膜层均匀性与致密性。

4.3 后处理工艺

镀膜完成后，将光学盖板放入高温退火炉中，以 5℃/min 的升温速率加热至 300 - 400℃，保温 1 - 2 小时后随炉冷却。退火处理可消除膜层内应力，改善膜层结构，进一步提升光学盖板的光学性能与机械性能。

五、性能测试与分析

5.1 光学性能测试

使用分光光度计测试光学盖板在 300 - 1100nm 波长范围内的反射率与透过率。结果显示，未镀膜基板在可见光波段平均反射率约为 8%，透过率约为 90%；经过本方法镀膜后的光学盖板，在 400 - 1100nm 波段平均反射率低于 1%，平均透过率超过 98%，显著降低光线反射损失，提高光线透过效率。

5.2 机械性能测试

采用铅笔硬度测试法评估膜层硬度，结果显示膜层硬度达到 6H 以上；通过百格测试法检测膜层附着力，在 1mm×1mm 方格划刻后，使用 3M 胶带粘贴撕拉，膜层无脱落现象，表明膜层与基板结合牢固，具备良好的机械稳定性。

5.3 环境耐受性测试

将光学盖板置于高温高湿环境（85℃，85% RH）中持续 96 小时，以及进行 - 40℃至 80℃的高低温循环测试（循环次数 50 次）。测试后光学盖板的光学性能与机械性能无明显衰减，证明其具有优异的环境耐受性。

六、结论

本研究成功制备了一种具有高透过率的减反射镀膜光学盖板，通过优化膜系设计、精选镀膜材料与**制备工艺，实现了宽光谱范围内的低反射与高透光性能。该光学盖板在光学性能、机械性能与环境耐受性方面表现优异，可广泛应用于**光学仪器、智能显示设备、车载抬头显示（HUD）等领域。未来可进一步探索新型镀膜材料与工艺，优化膜系结构，以满足更高性能要求，推动光学盖板技术的持续发展。

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