从根本上讲，光学镀膜是应用于光学表面（如透镜或镜子）的微观薄层材料，用于改变其反射、透射或吸收光线的方式。主要类型包括：增透（AR）膜，用于最大化光线透过率；高反射（HR）膜或介电镜膜，用于制造高效的镜子；以及各种滤光膜，用于选择性地透过或阻挡特定波长的光。
光学镀膜不仅仅是简单的涂层；它们是通过一种称为薄膜干涉的原理来操控光波的精密工程结构。理解您的具体目标——无论是最大化透射、实现完美反射还是隔离颜色——是选择正确镀膜技术的关键。
光学镀膜的工作原理：干涉原理
大多数先进光学镀膜的功能不是基于材料的整体特性，而是基于一种称为薄膜干涉的光学现象。这与肥皂泡或水面油花上出现的彩虹光泽的原理相同。
材料和厚度的作用
当光线击中具有不同折射率的两种材料的边界时（例如空气和镀膜），部分光线反射，部分光线穿过。光学镀膜增加了更多的边界——一个在镀膜顶部，一个在底部。
通过精确控制每层的厚度（通常精确到四分之一波长）和所用材料的折射率，工程师可以控制从这些不同表面反射的光波如何相互干涉。
相长干涉与相消干涉
当反射的光波相位相反并相互抵消时，发生相消干涉。这是增透膜的目标。
当反射波相位一致并相互增强时，发生相长干涉。这是高反射膜背后的原理。
控制反射的镀膜
这些镀膜旨在消除或最大化表面的反射。
增透（AR）膜
AR膜的目标是最大化光线通过光学元件的透射率，同时最小化表面反射。未镀膜的玻璃每表面会反射约4%的光线。
单层AR膜可以显著减少这种反射，而现代的宽带多层AR膜可以将整个可见光谱范围内的反射率降低到0.5%以下。这对于对清晰度和亮度至关重要的应用（如相机镜头、眼镜和显示屏）至关重要。
高反射（HR）膜（介电镜）
HR膜的目标是最大化反射。通过堆叠数十层高折射率和低折射率材料的交替层，这些镀膜可以制造出在特定波长下反射超过99.9%光线的镜子。
与会吸收部分光线的简单金属镜（如铝或银）不同，介电镜几乎是无损耗的，这使其对激光腔等高功率应用至关重要。
过滤波长的镀膜
滤光膜旨在选择性地透过某些波长（颜色）的光线，同时阻挡其他波长。
带通滤光片
带通滤光片旨在透过特定的窄范围波长，同时阻挡所有其他波长。例如，一个滤光片可能只允许520到560纳米之间的绿光通过。这在科学和医学成像中得到了广泛应用。
边缘滤光片（长通和短通）
边缘滤光片将光谱划分为一个透过区域和一个阻挡区域。
短通滤光片透过短于某个“截止”点的波长，并阻挡较长的波长。长通滤光片则相反，透过较长的波长并阻挡较短的波长。这些是荧光显微镜等应用中的基本工具。
特种和保护性镀膜
除了纯粹的光学性能外，许多镀膜还能增加耐用性和功能性。
硬质镀膜
这些通常应用于聚合物（塑料）镜片或其他柔软表面，以提供抗刮擦和耐磨损性，显著延长光学元件的使用寿命。
疏水和疏油镀膜
这些镀膜形成一种排斥水（疏水）和油（疏油）的表面。这使得光学元件更容易清洁，如现代智能手机屏幕和高端眼镜上所示。
导电镀膜
透明导电镀膜，最常见的是氧化铟锡（ITO），既具有光学透明性又具有导电性。它们是触摸屏、飞机加热窗和显示器EMI屏蔽技术的关键技术。
理解关键的权衡
选择镀膜从来都不是简单地选择“最好的”。它总是相互竞争的需求之间的平衡。
性能与成本
简单的单层氟化镁AR膜价格便宜。而具有极高公差的50层高功率激光镜则极其昂贵。更多的层数和更精确的控制总是会增加成本。
波长特异性
大多数高性能镀膜都是针对特定波长范围进行优化的。专为可见光设计的AR膜在红外（IR）范围内性能可能很差。激光镜通常只针对单个波长设计。
入射角敏感性
干涉膜的性能会随着光线照射的角度而变化。为光线垂直入射（0°入射角）设计的镀膜，随着角度的增加，其性能特性会向较短的波长偏移。在系统设计中必须考虑到这一点。
耐用性与复杂性
一些最复杂的多层镀膜可能对湿度、温度变化或不当清洁等环境因素敏感。在追求最佳光学性能和野外使用的坚固性之间通常存在权衡。
为您的应用选择合适的镀膜
您的选择必须由您光学系统的主要目标驱动。
- 如果您的主要重点是最大化光线透过率和清晰度： 您需要宽带增透（AR）膜，这是相机镜头、双筒望远镜和显示器的标准配置。
- 如果您的主要重点是制造高效的镜子： 您需要根据您的特定波长和使用角度设计的高反射（HR）介电镀膜，常见于激光器和专业仪器中。
- 如果您的主要重点是隔离或阻挡特定颜色： 您需要根据您需要控制的确切波长量身定制的带通、短通或长通滤光膜。
- 如果您的主要重点是耐用性和易用性： 您应该优先考虑用于防刮擦的硬质镀膜，以及用于面向消费者的产品易于清洁的疏水/疏油镀膜。
最终，一个精心选择的光学镀膜可以将一块简单的玻璃转变为一个为特定任务而设计的、高性能的元件。
总结表：
| 镀膜类型 | 主要功能 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 增透（AR）膜 | 最大化光线透射率 | 相机镜头、眼镜、显示器 |
| 高反射（HR）膜 | 制造高效镜子 | 激光系统、科学仪器 |
| 滤光膜 | 选择性透过/阻挡波长 | 显微镜、成像、光谱学 |
| 保护性镀膜 | 增加耐用性和易清洁性 | 智能手机屏幕、消费级光学元件 |
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