電介質(zhì)涂層

光學(xué)涂層的目的是改變光學(xué)表面的反射率。根據(jù)所使用的材料和物理現(xiàn)象，原則上可以區(qū)分金屬涂層和電介質(zhì)涂層。金屬涂層用于反射器和中性密度濾光片。可以達(dá)到的反射率由金屬的特性決定。我們的目錄中介紹了一些光學(xué)應(yīng)用中常見(jiàn)的金屬。

但是，介電涂層使用光學(xué)干涉來(lái)改變涂層表面的反射率。另一個(gè)主要區(qū)別是用于這種涂層的材料顯示出非常低的吸收率。使用光學(xué)干涉涂層，光學(xué)表面的反射率可以從接近零（抗反射涂層）到接近100％（R> 99.999％的低損耗反射鏡）變化。但是，這些反射率值僅在特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍內(nèi)才能達(dá)到。

有關(guān)光學(xué)干涉涂層物理的更詳細(xì)的解釋?zhuān)?qǐng)參閱我們的目錄和第22頁(yè)上引用的文獻(xiàn)！

基本

單個(gè)介電層對(duì)表面反射率的影響如圖1所示。入射光束（a）在空氣層界面處分為透射光束（b）和反射光束（c）。透射光束（b）再次被分成反射光束（d）和透射光束（e）。反射光束（c）和（d）可能會(huì)干涉。

圖1：解釋高折射率材料（左）和低折射率材料（右）的四分之一波層的干涉效應(yīng)的示意圖

P
W.之后 Baumeister“光學(xué)鍍膜技術(shù)”，SPIE新聞專(zhuān)著，PM 137，華盛頓，2004年

在圖1中，波長(zhǎng)由反射光束的陰影表示。“光到光”或“黑到黑”的距離是波長(zhǎng)。取決于反射光束之間的相位差，可能會(huì)發(fā)生相長(zhǎng)或相消干涉。

兩種介質(zhì)之間的界面的反射率取決于介質(zhì)的折射率，入射角和光的偏振。通常，它由菲涅耳方程描述。

光束（c）和（d）之間的相位差由該層的光學(xué)厚度n·t（折射率n和幾何厚度t的乘積）給出。此外，必須考慮到，如果來(lái)自低折射率介質(zhì)的光在界面處被反射到高折射率介質(zhì)，則發(fā)生π的相跳，即半波。

防反射涂層

單個(gè)低折射率層可以用作簡(jiǎn)單的增透膜。為此目的常用的材料是在VIS和NIR中折射率n = 1.38的氟化鎂。這種材料將熔融石英的單位表面反射率降低到R?1.8％，將藍(lán)寶石降低到幾乎為零。

可以為所有基板材料設(shè)計(jì)由2至3層組成的單波長(zhǎng)增透膜，以將給定波長(zhǎng)的反射率降低到幾乎為零。這些涂層特別用于激光物理學(xué)。也可以使用幾種波長(zhǎng)或?qū)挷ㄩL(zhǎng)范圍的增透膜，并由4至10層組成。

圖2：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)AR涂層（“V涂層”）（a）和寬帶AR涂層（b）的示意性反射光譜

鏡子和部分反射鏡

常見(jiàn)的反射鏡設(shè)計(jì)是所謂的四分之一波長(zhǎng)堆疊，即，對(duì)于所需的波長(zhǎng)，具有相等的光學(xué)厚度n·t =λ/ 4的高低折射率交替層的堆疊。這導(dǎo)致在層之間的每個(gè)界面處產(chǎn)生的反射光束的相長(zhǎng)干涉。對(duì)于給定數(shù)量的層對(duì)，反射帶的光譜寬度和可獲得的反射率取決于層材料的折射率之比。較高的折射率比導(dǎo)致較寬的反射帶，而使用較低折射率比的材料可以產(chǎn)生較窄的反射帶。

圖3：四分之一波疊層的示意圖，由具有相同折射率的高折射率材料（灰色陰影）和低折射率材料（無(wú)陰影）的層組成（在[1]之后）（a），四分之一波堆棧的反射光譜由 15對(duì)Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2（b）

[1P.W. Baumeister“光學(xué)鍍膜技術(shù)”，SPIE新聞專(zhuān)著，PM 137，華盛頓，2004年

為了可視化不同折射率比率的影響，圖3b比較了由15對(duì)Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2組成的四分之一波長(zhǎng)堆棧在800nm處的反射光譜（n1 / n2 = 2.1 / 1.46和2.35 / 1.46）。

假設(shè)理想的涂層吸收和散射損耗為零，則隨著層對(duì)數(shù)量的增加，理論反射率將接近R = 100％。也可以?xún)H使用少量的層對(duì)來(lái)制造具有在R = 0％和R = 100％之間的幾個(gè)離散反射率值的部分反射器（請(qǐng)參見(jiàn)圖4）。將一些非四分之一波長(zhǎng)層添加到此類(lèi)堆?？梢詫⒎瓷渎蕛?yōu)化到任何所需的值。

圖4：800nm處由1、2、3、5、10和15層Ta2O5 / SiO2對(duì)構(gòu)成的四分之一波堆疊的反射率

圖4還顯示，層對(duì)數(shù)量的增加導(dǎo)致反射率帶的邊緣變陡。這對(duì)于邊緣濾鏡（即具有平滑邊帶的反射鏡）尤其重要。陡峭的邊緣需要大量的層對(duì)，這又導(dǎo)致很高的反射率。*的反射率值需要非常低的光學(xué)損耗。這可以通過(guò)使用濺射技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。