光學(xué)薄膜的原理|發(fā)展歷程

光學(xué)薄膜的應(yīng)用始于20世紀(jì)30年代，至今已形成一門獨立的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在天文、軍事、醫(yī)學(xué)、科學(xué)檢測、光顯示和光通訊等行業(yè)中。光學(xué)薄膜能改善系統(tǒng)性能，對光學(xué)儀器的質(zhì)量起著重要或決定性的作用。

光學(xué)薄膜的原理

　　光學(xué)薄膜是指鍍在一些光學(xué)器件或其他器件表面上的薄膜，來選擇性的吸收某些波長的光，改變某些波長的光的透射性或偏振狀態(tài)，或者相位來滿足人們的需要。改變光的透射性光學(xué)薄膜一般由介質(zhì)或金屬分子蒸發(fā)而成，對于不同波長的光可以制成不同的厚度，使用這些濾波片要比使用單色光源方便的多。

　　反射、減反射以及光譜調(diào)控是光學(xué)薄膜的基本功能。利用反射功能，光學(xué)薄膜可以將光線按不同的角度折轉(zhuǎn)到空間的各個方向。利用減反射功能，光學(xué)薄膜可以將光線在元件表面發(fā)生反射時將光的損耗降到Zdi，因而使光學(xué)器件和光學(xué)系統(tǒng)的功能更加的wan美。利用光譜調(diào)控功能，可以將光學(xué)系統(tǒng)中的色度進行變換，獲得繽紛絢麗的色彩。

光學(xué)薄膜的發(fā)展歷程

　　如果從Fraunhofer利用化學(xué)方法制備出減反射層算起，光學(xué)薄膜已經(jīng)有近兩百年的歷史。但是，光學(xué)薄膜真正作為一類光學(xué)元件應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)該從20世紀(jì)30年代擴散泵應(yīng)用于真空系統(tǒng)開始。近幾十年來，特別是電子計算機廣泛應(yīng)用于光學(xué)薄膜的設(shè)計和薄膜制備過程以來，光學(xué)薄膜元件和技術(shù)得到突飛猛進的發(fā)展，形成一種欣欣向榮的大好局面。

　　Z早論述光學(xué)薄膜性質(zhì)及其制備技術(shù)的專著是Heavens在1955年出版的Optical Properties of Thin Solid Films及Holland在1956年出版的Vacuum Deposition of Thin Films這兩本書，20世紀(jì)60年代初就有了中譯本。在光學(xué)薄膜的發(fā)展歷程中，光學(xué)薄膜的專著出版了很多本，比較有代表性的是Maeleod的Thin Film Optical Filters，該書2001年已經(jīng)有第三版問世，每一版都反映了光學(xué)薄膜發(fā)展的一個新階段。

　　國內(nèi)比較有影響的是唐晉發(fā)等1976年出版的《應(yīng)用薄膜光學(xué)》。在此基礎(chǔ)上2006年又出版了《現(xiàn)代光學(xué)薄膜技術(shù)》，不僅充實了薄膜技術(shù)的內(nèi)容，光學(xué)薄膜本身的科學(xué)內(nèi)容也有開闊和加深。其他專著如Herman在1996年出版的Optical Diagnostics for Film Processing，F(xiàn)reund等2003年出版的Thin Film Materials Stress Defect Formation and Surface Evolution以及Lakhtakia在2006年出版的Sculptured Thin films Nanoengineered Morphology and Optics等，都在不同方面反映了光學(xué)薄膜的進展。

光學(xué)薄膜技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域

　　光學(xué)薄膜技術(shù)涉及多個技術(shù)領(lǐng)域，總結(jié)光學(xué)薄膜相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，主要關(guān)注了以下5個主題方向。

　　1、膜層功能：光學(xué)薄膜可實現(xiàn)諸如反射、增透、濾光、分束等不同功能，以滿足多樣化的設(shè)計要求。不同膜層功能需要用不同的技術(shù)指標(biāo)去描述和評判。

　　2、面形偏差：實際光學(xué)表面與理想光學(xué)表面必然存在一定的偏差，這稱為面形偏差。在光學(xué)薄膜領(lǐng)域，面形偏差一方面由基片加工水平?jīng)Q定，另一方面也會受到膜層應(yīng)力的影響而降低或加劇。

　　3、表面疵?。哄兡け砻鏁嬖谝欢ǖ娜毕荩缏辄c、擦痕等，統(tǒng)稱為表面疵病。表面疵病程度會影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，進而制約著光學(xué)薄膜的用途。

　　4、環(huán)境適應(yīng)性：光學(xué)薄膜必然工作于一定的環(huán)境條件(如：溫度、濕度等)，而在該條件下薄膜能否長久穩(wěn)定工作，體現(xiàn)了光學(xué)薄膜環(huán)境適應(yīng)性的強弱。環(huán)境適應(yīng)性是評判光學(xué)薄膜的一項重要因素，需要用一定的環(huán)境試驗來檢驗。

　　5、產(chǎn)品應(yīng)用：光學(xué)薄膜Z終會形成產(chǎn)品(光學(xué)元件)，安裝在儀器中以滿足一定的使用要求。一種應(yīng)用類型的光學(xué)薄膜產(chǎn)品中可能涉及多個功能的膜層。

　　隨著光學(xué)薄膜的不斷發(fā)展和進步，應(yīng)用的領(lǐng)域也在逐漸增多，雖然在某些方面還需要進一步提高的方面，但是根據(jù)目前的發(fā)展勢頭來看，不久之后都會一一解決。在現(xiàn)在的研究中，不僅沒有將原有的光學(xué)薄膜放棄，并通過進一步研究使其逐漸適應(yīng)發(fā)展，并且研究新型的光學(xué)薄膜，將其利用到新型設(shè)備中，不斷滿足與之有關(guān)的學(xué)科的進步。而且要將光學(xué)薄膜保護環(huán)境方面的性能開發(fā)出來，在不斷發(fā)展的同時將可持續(xù)發(fā)展觀貫徹到底。