从本质上讲，光学镀膜是应用于光学表面（如透镜或镜子）的极其微薄的工程化材料层，用于精确控制其与光线的相互作用。通过添加一层或多层这种微观薄膜，我们可以显著改变底层元件的反射、透射和吸收特性，将一块简单的玻璃变成高性能仪器。
光学镀膜的核心功能是通过一种称为薄膜干涉的原理，在表面操纵光波。这使得工程师能够以惊人的精度消除不需要的反射、制造高反射镜或过滤掉特定波长的光。
基本目标：在界面处管理光线
为什么未经处理的表面效率低下
当光线从一种介质传播到另一种介质时——例如从空气进入玻璃透镜——一部分光线不可避免地会在表面反射。对于标准的玻璃表面，这可能导致 4% 或更多的损耗。
在具有许多透镜的复杂系统中，例如相机或显微镜，这种累积的损耗会降低图像的对比度和亮度，产生杂散光和鬼影。
薄膜干涉原理
光学镀膜通过引入新的反射面来工作。当光线击中镀膜透镜时，一部分光线从镀膜的顶部反射，另一部分光线从底部（在镀膜-玻璃界面处）反射。
这两束反射光波然后相互作用或“干涉”。
如何控制干涉
通过仔细控制镀膜材料的厚度和折射率，我们可以决定这种干涉的性质。
我们可以设计镀膜，使反射波相互抵消（相消干涉），或者使它们相互增强（相长干涉），具体取决于所需的结果。
关键光学镀膜类型及其功能
抗反射（AR）镀膜
最常见的镀膜类型，AR 镀膜，利用相消干涉来几乎消除反射。这使得穿过光学元件的光量最大化。
您可以在眼镜、相机镜头、太阳能电池板和高清显示器等需要最大光传输和最小眩光的地方找到它们。
高反射（HR）/介电镜
与 AR 镀膜相反，HR 镀膜利用相长干涉来创建在特定波长下反射近 100% 光线的表面。
这些不像由金属制成的家用镜子。介电镜对于需要在特定波长下具有最大反射率且光吸收最小的应用（例如激光系统）至关重要。
光学滤光片
滤光片镀膜旨在选择性地透射某些波长（颜色）的光，同时阻挡其他波长。
这包括只允许窄范围颜色通过的带通滤光片、阻挡较短波长的长通滤光片以及阻挡较长波长的短通滤光片。它们是科学仪器、光谱学和医疗设备的基础。
分束器
分束器镀膜旨在将一束光分成两束。它通过反射特定百分比的光并透射其余部分来实现这一点。
常见的比例是 50/50 或 70/30（反射/透射），这对干涉仪和某些类型的光学传感器至关重要。
理解权衡和设计复杂性
多层设计的威力
单个镀膜层在狭窄的波长范围内提供的性能有限。真正的高性能镀膜几乎总是由多层组成。
如先进光学设计中所述，堆叠具有不同厚度和折射率的数十层，使工程师能够在更宽的光谱范围和不同的入射角下实现卓越的性能。
性能与成本
镀膜设计的复杂性直接影响其成本。简单的单层氟化镁 AR 镀膜成本较低。
需要高耐用性的多层宽带 AR 镀膜需要更复杂的制造工艺（如离子束溅射），因此成本要高得多。
波长和角度依赖性
没有一种镀膜在所有条件下都是完美的。专为可见光设计为抗反射的镀膜在红外光谱中可能具有高反射性。
同样，为光线垂直照射表面而优化的镀膜，在入射角变化时性能会有所不同。这是关键的设计限制。
将镀膜与应用相匹配
选择正确的镀膜始于确定其在光学系统中的主要功能。
- 如果您的主要重点是最大化清晰度和光通量： 您需要抗反射（AR）镀膜，对于相机镜头或显示屏等应用，可能需要多层宽带设计。
- 如果您的主要重点是制造高效率的镜子： 您需要高反射（HR）镀膜，通常是用于激光系统等需要最小化吸收的应用的介电堆栈。
- 如果您的主要重点是隔离特定的颜色或波长： 您需要光学滤光片镀膜，例如用于科学成像或光谱学的带通滤光片或边缘滤光片。
- 如果您的主要重点是分割单个光源： 您需要设计用于特定仪器精确反射/透射比的分束器镀膜。
最终，选择正确的光学镀膜将标准元件转变为专为特定目的而设计的精密工具。
摘要表：
| 镀膜类型 | 主要功能 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 抗反射（AR） | 最小化反射，最大化光传输 | 眼镜、相机镜头、显示器 |
| 高反射（HR）/介电镜 | 反射近 100% 的特定波长 | 激光系统、精密镜 |
| 光学滤光片 | 透射或阻挡选定的波长 | 光谱学、医疗设备、成像 |
| 分束器 | 将光束分成反射/透射部分 | 干涉仪、光学传感器 |
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