最常见的减反射（AR）涂层材料是氟化镁（MgF₂）。几十年来，这种耐用的化合物被精确控制地以薄层形式应用于相机镜头和眼镜等表面，以减少不必要的反射。它的工作原理并非本身“不反光”，而是利用光波的物理特性来产生抵消。
减反射涂层不是一种吸收光的材料，而是一种精心设计的薄膜，它使反射光波相互干涉并抵消。其目标是最大限度地提高光线穿过表面的透射率，而不仅仅是让表面看起来不那么闪亮。
减反射涂层的工作原理
要理解为什么使用氟化镁这样的材料，您首先需要了解它解决的问题以及解决方案背后的原理。
问题：不必要的反射
每当光线从一种介质进入另一种介质（例如从空气进入玻璃镜片）时，一部分光线会从表面反射。这种反射会引起两个主要问题：
- 光线损失： 反射的光线是未能穿过镜片或传感器的光线。对于具有多个元件的复杂相机镜头来说，这可能会导致亮度显著损失。
- 眩光和鬼影： 反射光线可能在光学系统内部来回反射，产生眩光、雾气和“鬼影”，从而降低图像质量。对于眼镜来说，它会产生分散注意力的眩光。
解决方案：相消波干涉
解决方案是在表面涂上一层透明的超薄涂层。这会创建一个具有两个反射表面的新系统：涂层的顶部和玻璃本身的顶部。
涂层的厚度被精确控制为目标光颜色（通常是可见光谱中间的绿色）的四分之一波长。
当光波照射到镜片时，一部分光线从涂层表面反射。其余的光线进入涂层，从下面的玻璃表面反射，然后返回。由于它必须穿过涂层向下再向上，这第二个反射波现在与第一个反射波完全不同步。
这被称为相消干涉。两个反射波相互抵消，有效地消除了反射。
两个关键条件
为了使这种抵消起作用，必须满足两个条件：
- 路径条件： 涂层厚度必须是光波长的四分之一（λ/4）。这确保了反射波完美地错位。
- 振幅条件： 从每个表面反射的光量必须相等。当涂层的折射率是两个周围材料（例如空气和玻璃）的几何平均值时，即可实现这一点。
氟化镁（n≈1.38）的折射率与涂覆普通玻璃（n≈1.5）的理想值非常接近，使其成为单层涂层的简单有效选择。
从单层涂层到多层涂层
虽然单层MgF₂是有效的，但现代技术已对其进行了显著改进。
单层的局限性
单层涂层仅针对一个特定波长（颜色）的光进行优化。对于其他颜色，其效果较差。
这就是为什么当您从某个角度观察镀膜镜片时，通常会看到微弱的残余颜色，通常是紫色或绿色。您看到的是未能被完美抵消的光线颜色。
现代解决方案：多层堆叠
当今使用的高性能AR涂层更加先进。它们由多层、交替的高折射率和低折射率不同材料堆叠而成，例如二氧化钛（TiO₂）和二氧化硅（SiO₂）。
通过精心设计堆叠中每层的厚度和材料，工程师可以抑制整个可见光谱范围内的反射。这使得涂层颜色更中性，并能透射超过99.5%的光线。
了解权衡
虽然AR涂层非常有效，但并非没有折衷。
耐用性和污迹
AR涂层微观上很薄，比裸玻璃更容易刮伤。现代涂层包括坚硬的保护顶层，但仍需小心。
此外，由于它们消除了反射，指纹和污迹变得更加明显。您的皮肤油脂会很突出，因为没有背景眩光来遮盖它。
成本
使用真空沉积技术以纳米级精度应用多层材料是一个复杂且昂贵的过程。这就是为什么高质量的多层镀膜光学器件和眼镜价格更高的原因。
残余颜色
即使是最好的宽带AR涂层也有轻微的残余反射，这会使表面呈现微弱的色调。虽然这是涂层正在工作的标志，但它是该技术固有的特性。
根据您的目标做出正确选择
AR涂层的原理根据最终应用的不同而有所不同。
- 如果您的主要关注点是摄影或专业光学： 您需要多层宽带AR涂层，以最大限度地提高光线透射并消除鬼影，确保最高的图像保真度。
- 如果您的主要关注点是眼镜： 目标是减少分散注意力的眩光以提高视觉舒适度，并使您的眼睛对他人更可见，这通过耐用的多层涂层实现，该涂层包括疏水（防水）和疏油（防油）特性。
- 如果您的主要关注点是显示器或太阳能电池板： 您需要一种能最大限度提高光通量的涂层，以提高屏幕亮度或能量转换效率，优先考虑功能而非完美的色彩中性。
通过在波长尺度上操纵光线，我们可以将反射表面转变为几乎完全透明的表面。
总结表：
| 涂层类型 | 材料示例 | 主要特点 | 常见应用 |
|---|---|---|---|
| 单层 | 氟化镁（MgF₂） | 减少单个波长的反射；成本效益高 | 基本相机镜头，标准眼镜 |
| 多层 | 二氧化钛（TiO₂）和二氧化硅（SiO₂） | 可见光谱范围内的宽带抑制；高透光率（>99.5%） | 高性能光学器件，高档眼镜，显示器 |
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