我们为什么需要光学镀膜？为了控制光线并提升光学性能

从本质上讲，光学镀膜是一种控制工具。我们需要光学镀膜来精确地操控光线与光学元件（如镜头或镜片）表面相互作用的方式。没有它们，光线的反射、透射和散射将以不受控制且通常不理想的方式进行，导致性能显著下降。

未镀膜的光学元件从根本上说是低效的。光学镀膜是一种使能技术，它通过精确管理光线流动，以减少眩光、最大化通光量或分离特定颜色，从而将一块简单的玻璃转化为高性能仪器。

根本问题：不受控制的光线

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，总有一部分光线会被反射。这种物理现实在任何光学系统中都会产生几个问题。

每个表面的固有损耗

一块普通玻璃的单个未镀膜表面会反射大约4%的入射光。虽然这看起来很小，但在复杂的系统中，它会灾难性地累积。

一个专业的相机镜头可以有15个或更多独立的镜片。每个镜片有两个表面，这意味着有超过30个表面会损失光线，可能使总透光率降低50%以上。

眩光和鬼影

这些反射光线并不会消失。它们会在镜头表面之间来回反射，产生“鬼影”和内部眩光。

这种杂散光会降低图像对比度，使颜色褪色，并降低图像或信号的整体质量。

有限的材料特性

玻璃等材料固有的光学特性是固定的。我们无法改变玻璃本身与不同波长（颜色）光线相互作用的方式。

为了制造能够选择性地通过或阻挡某些颜色的组件，我们需要比仅仅使用本体材料更灵活的解决方案。

光学镀膜如何解决问题

光学镀膜由一层或多层微观薄膜组成，这些薄膜由不同材料沉积在光学表面上。它们的力量来源于一种称为波干涉的物理原理。

波干涉原理

光线以波的形式传播。通过应用超薄层，我们可以创建多个非常靠近的反射表面。

从这些不同层边界反射的光波可以被设计成相互抵消（相消干涉）或相互增强（相长干涉）。

减反射（AR）镀膜

减反射镀膜的设计使得从镀膜层反射的光波发生相消干涉。它们有效地相互抵消。

这最大限度地减少了反射，并最大限度地增加了通过光学元件的光量。这是防止镜头、窗户和显示屏中信号损失和眩光的解决方案。

高反射（HR）镀膜

相反，高反射（HR）镀膜，通常称为介质镜，利用相长干涉。

这些层被设计成使所有反射光波完美对齐，从而创建一个可以反射超过99.9%入射光的表面。这对于激光束导向等应用至关重要。

波长选择性滤光片

通过精确控制每层的厚度和材料，我们可以使这些干涉效应高度依赖于光的波长。

这使我们能够创建截止滤光片，它们能透射低于特定波长的光并阻挡高于该波长的光，或者带通滤光片，它们只透射非常窄的颜色范围。这些对于科学仪器、医疗设备和机器视觉至关重要。

理解权衡

光学镀膜并非万能解决方案。选择合适的镀膜需要平衡相互竞争的因素。

成本与性能

简单的单层减反射镀膜价格便宜，但只对窄带颜色高效。

复杂的、多层宽带减反射镀膜可在整个可见光谱范围内工作，但生产难度和成本显著更高。层数直接影响成本和性能。

耐用性和环境

镀膜本质上是非常薄的薄膜，容易受损。有些镀膜很软，容易刮伤，而另一些则可能在暴露于湿度或高温下退化。

镀膜必须足够坚固，以适应其预期环境，无论是受保护的实验室还是坚固的户外相机。

入射角敏感性

许多镀膜，特别是干涉滤光片的性能，高度依赖于光线照射表面的角度。

一个设计用于在法线（0°）入射角下通过特定颜色的滤光片，在倾斜时可能会通过不同的颜色。这必须在光学设计中加以考虑。

为您的应用做出正确选择

您所需的特定镀膜完全取决于您的主要目标。

如果您的主要关注点是最大化通光量和图像清晰度（例如，相机镜头、显微镜物镜）：您需要宽带减反射（AR）镀膜，以最大限度地减少每个表面的光线损失和鬼影。
如果您的主要关注点是高效地导向光线（例如，激光系统、投影仪、望远镜）：您需要高反射（HR）介质镜镀膜，以最小的能量损失导向光束。
如果您的主要关注点是隔离特定波长（例如，荧光显微镜、光谱学、3D扫描）：您需要专门的带通、长通或短通干涉滤光片，以将信号与不需要的光线分离。
如果您的主要关注点是安全性或美学（例如，钞票、建筑玻璃）：您可能需要专门的镀膜，旨在创造变色等难以复制的效果。

最终，光学镀膜将光学元件从被动组件提升为主动的、精确设计的工具。

总结表：

镀膜类型	主要功能	主要应用
减反射（AR）	最小化反射，最大化光线透射	相机镜头、显微镜物镜、显示屏
高反射（HR）	反射超过99.9%的入射光	激光系统、望远镜、投影仪
波长选择性滤光片	隔离特定颜色/波长	荧光显微镜、光谱学、机器视觉

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