发布时间:2020-10-19 21:12 原文链接: 光学镀膜简介

光学镀膜由薄膜层组合制作而成,它产生干扰效应来提高光学系统内的透射率或反射性能。光学镀膜的性能取决于层数、个别层的厚度和不同的层接口折射率。用于精密光学的zui常见镀膜类型:增透膜(AR)、高反射(镜)膜、 分光镜膜和过滤光片膜。增透膜包括在高折射率的光学中并用于zui大化光通量和降低鬼影。高反射膜的设计可在单个波长或范围广泛的整个波长以zui大程度反射。分 光镜膜用于将入射光分为已知的透射光和反射光输出。滤光片应用于大量的工业应用中,并以特定波长用于透射、反射、吸收或衰减光。爱特蒙特光学还可以提供各 种定制镀膜满足任何应用程序需要。

Sample Three Layer BBAR Coating Design

图1: 三层宽带增透膜设计样品

光学镀膜经过精心设计用于特定的入射光角和特定的偏振光,例如S偏振光、P偏振光或随机偏振光等。如果镀膜设计的入射光角为0°,但使用时的入射光 角为45°,则镀膜将不会以规定的透射率/反射规格执行。同样地,镀膜一般设计用于随机偏振光,因此在设计用于随机偏振光的镀膜上使用S偏振光或P偏振光 将会再次产生无效的规格。

光学镀膜是由沉积电介质和金属材料制作而成,例如薄层中的Ta2O5和/或Al2O3,在应用中使用的光波长通常是四分之一波长光学厚度(QWOT)或半波光学厚度(HWOT)。这些薄膜由高折射率和低折射率层交替而成,从而诱发需要的干扰效应。请参阅图1有关宽带增透膜设计的样品说明。

镀膜理论

镀膜控制穿过光学干涉机制的反射光和透射光。当两个光束沿着同步路径传输及其相位匹配时,波峰值的空间位置也匹配并将结合创建较大的总振幅。当光束 为反相位(180°位移)时,其叠加会导致在所有峰值的消减效应,导致结合的振幅降低。这些效应被分别称为建设性和破坏性的干涉。

下列方程式1 - 4所示说明多层薄膜结构总反射率的关系。

Equation 1 (1)

Equation 2 (2)

Equation 3 (3)

Equation 4 (4)

q

层数

δ

相位项

η

层的光学导纳

Np

复杂的折射率

tp

层的物理厚度

λ

波长

θp

入射角

Y

堆叠的光学导纳

R

堆叠的反射率

光的波长和入射角通常是指定的,折射率和层厚度则可以有所不同以优化性能。上述的任何更改将会影响镀膜内光线的路径长度,并将在光透射时改变相位 值。这种效应可简单地通过单层增透膜例子说明。当光传输穿过系统时,在镀膜任一侧的两个接口指数更改处将出现反射。为了尽量减少反射,我们希望它们在* 个接口重组时,这两个反射部分具有180°的相位移。这个相位差异直接对应于aλ/2位移的正弦波,它可通过将层的光学厚度设置为λ/4获得zui佳实现。请 参阅说明此概念的图2。

180 Degree Phase Shift between Two Reflected Beams

图2: 180° 两个反射光束之间180°相位移

折射率不仅影响光路长度(以及相位),也影响每个界面的反射特性。反射率通过菲涅尔公式(方程式5)定义,其反射率与界面两边材料的折射率之差息息相关。

Equation 5 (5)

必须考虑到的zui后一个参数是膜层的入射角。如果入射角改变,每一层的内角及光学路径长度都会受到影响,并会影响反射光束内的相位变化量。使用非一般 入射时,S偏振光和P偏振光将从每个界面互相反射,这将导致两个偏振光具有不同的光学性能。偏振分光计就是基于这一原理设计的。