在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用蒸鍍有各種薄膜的光學(xué)元件。

　　很多情況下，薄膜被蒸鍍?cè)趻伖獾牟ＡП砻妗９鈱W(xué)實(shí)驗(yàn)中反射率，波長特性，偏光特性等的很多必要的光學(xué)性能是通過鍍膜實(shí)現(xiàn)的。因此，為了充分發(fā)揮如反射鏡等元件的性能，都是將光線直接射入鍍有薄膜的一側(cè)使用的。

　　鍍膜大致分為金屬鍍膜和透明膜(電介質(zhì)膜)2種。

　　任何一種都可以用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)的反射鏡，但是反射機(jī)理是不同的，在使用方法或特性上也存在很多不同點(diǎn)。

　　金屬膜在拋光的玻璃基板上蒸鍍鋁(Al)或金(Au)等金屬時(shí)，會(huì)成為反射率較高的反射鏡。

　　此外，銀(Ag)鉑(Pt)，或鉻(Cr)等金屬有時(shí)也可以用于反射鏡。

　　金屬膜能夠在非常寬的波長譜區(qū)進(jìn)行反射，且具有反射率隨入射角度變化小的特征。

由于沒有反射的光線被金屬薄膜吸收，金屬薄膜的厚度稍微變厚時(shí)，光線將不能透過薄膜到達(dá)玻璃基板。

鋁膜

　　鋁膜在紫外到紅外譜區(qū)都具有高反射率，但非常容易氧化，特別是在紫外譜區(qū)具有不穩(wěn)定的特性。而且，容易受損傷，即使弄臟也不能擦拭表面。

　　因此，在鋁膜上附加保護(hù)膜，可以保護(hù)金屬膜并防止氧化或損傷。

　　保護(hù)膜在特定的波長譜區(qū)有保持反射率的效果，但在其它波長譜區(qū)，有時(shí)反射率會(huì)降低。

　　與此相反，也有只在特定的波長譜區(qū)增加反射率的特殊保護(hù)膜。

　　鉻膜

　　鉻膜或其合金(鉻鎳鐵合金)可以作為部分反射鏡的鍍膜使用。

　　鉻膜的反射率比鋁膜和金膜低，由于吸收較多而不被用于反射鏡，但在寬波長譜區(qū)由于反射率和吸收率的變化較小，可以用于反射型的中性濾光片或分光鏡。金膜

　　在可見光譜區(qū)具有黃色的波長特性(藍(lán)色有吸收)，但是在紅外譜區(qū)的非常寬廣的范圍內(nèi)具有較高的反射率。

　　由于只有金膜時(shí)不能很好地附著在玻璃表面，很容易剝落，所以一般首先蒸鍍鉻的底膜。

　　金膜柔軟很容易受損傷。在特定的波長譜區(qū)使用時(shí)，可以蒸鍍金膜的保護(hù)膜。在整個(gè)紅外譜區(qū)使用時(shí)，經(jīng)常使用不鍍有保護(hù)膜的金膜。

　　請(qǐng)不要用紙或布擦拭金膜。一旦受損傷將不能恢復(fù)。

　　金屬膜的反射率比較(參考數(shù)據(jù))

金屬膜的反射率比較(參考數(shù)據(jù))

　　電介質(zhì)膜

　　電介質(zhì)材料無色透明，沒有像金屬那樣大的反射或吸收。 如果選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)和膜厚，在玻璃基板，薄膜和空氣的分界面會(huì)產(chǎn)生干涉效果，可以得到特定的透過率·反射率的波長特性。

　　單層防反射膜

　　光線射入玻璃基板時(shí)，會(huì)產(chǎn)生4%左右的反射而造成透過率的損失。但是，通過在玻璃基板上蒸鍍比玻璃的折射率更低的電介質(zhì)膜，可以改變玻璃基板的反射率。

　　調(diào)節(jié)電介質(zhì)膜的厚度使其光程(折射率n×膜厚d)為λ/4時(shí)，可以相互抵消玻璃基板和電介質(zhì)膜，電介質(zhì)膜和空氣的分界面的反射，將反射率降到。

　　但是，由于折射率受到薄膜材料的限制，所以反射率不能為零。而且，由于受玻璃基板折射率的限制，所以并不是所有玻璃基板都能得到防反射效果。

　　單層防反射膜(SLAR)反射率的波長特性

單層電介質(zhì)防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

　　多層防反射膜

　　由于單層膜材料的選擇范圍很小，而且玻璃基板會(huì)殘留一些反射。因此，通過重疊蒸鍍幾層薄膜，即使使用很少的薄膜材料也可以得到的防反射效果。

　　此外，可以改變薄膜的構(gòu)成，制造出降低特定波長的反射率的窄帶防反射膜(NMAR)，或制造出在寬波長譜區(qū)降低反射率的寬帶防反射膜(MLAR)。

　　窄帶防反射膜(NMAR)反射率的波長特性

　　寬帶防反射膜(BMAR)反射率的波長特性

多層電介質(zhì)防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

　　多層反射膜

　　在玻璃基板上交替重復(fù)地蒸鍍折射率較高的電介質(zhì)膜和折射率較低的電介質(zhì)膜時(shí)，可以得到反射率非常高的反射膜。

　　高折射率和低折射率的分界面會(huì)產(chǎn)生很少的反射。

　　由于每層的電介質(zhì)膜的厚度都調(diào)節(jié)為λ/4的光程(折射率n×膜厚d)，在各層上反射的光線的相位相同，反射將相互合成加強(qiáng)。相反，經(jīng)過多重反射向透過方向前進(jìn)的光線則相互抵消變?yōu)榱恪?/p>

　　如果電介質(zhì)膜的層數(shù)足夠多，入射光線會(huì)逐漸減弱，變得幾乎不能透過。

　　衰減的光線將全部轉(zhuǎn)為反射光。由于電解質(zhì)膜沒有吸收，入射的光線將沒有損失，成為99%的反射光。

　　多層電介質(zhì)膜(DML)的反射率的波長特性

　　通過改變多層膜的構(gòu)造，可以附加某些特殊的效果。例如擴(kuò)寬波長區(qū)域，相反地使透過譜區(qū)變得非常窄，使其它的波長譜區(qū)的光線不能透過，設(shè)定反射率為任意值等，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)各種薄膜。多層電介質(zhì)高防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

　　特殊薄膜

　　多層電介質(zhì)膜可以產(chǎn)生很多波長特性，用于各種光學(xué)儀器。

　　另一方面，在的研究中，為了得到更好的光學(xué)性能，有的非常特殊的多層電介質(zhì)膜具有超過100層的薄膜構(gòu)造。

　　超寬帶反射鏡

　　如果是可見光譜區(qū)，幾十層的電介質(zhì)膜即可達(dá)到反射效果。但是如果波長譜區(qū)包含從紫外到紅外區(qū)域時(shí)，需要將紫外，可見光，紅外譜區(qū)的3個(gè)以上的多層膜組合在一起。

　　因此，薄膜層數(shù)會(huì)變得極多，在制造方面也相應(yīng)地需要更加的技術(shù)。強(qiáng)激光用膜

　　將高能量脈沖激光射入多層電介質(zhì)膜時(shí)，薄膜的分界面上能量會(huì)變得極大，通常的薄膜會(huì)由于激光能量而被破壞。

　　因此，需要重新考慮薄膜結(jié)構(gòu)和薄膜材料，開發(fā)不易受到激光損傷的特殊的多層膜。飛秒激光用低分散膜

　　將飛秒激光射入寬譜區(qū)的多層電介質(zhì)膜時(shí)，透過薄膜的光程因波長的不同而不同，因此產(chǎn)生色散。

　　飛秒激光用低分散膜的設(shè)計(jì)要求在薄膜中的光程不隨波長的不同而改變，將色散降低到極小。而且，需要采用可以承受高能量的薄膜構(gòu)造。復(fù)合膜

　　在多層電介質(zhì)膜中加入金屬膜，可以制造出的特性光學(xué)的元件。

　　因?yàn)槭菍⒍鄬与娊橘|(zhì)膜和金屬膜混合在一起，所以被稱為復(fù)合膜。

　　這種薄膜被用于寬帶無偏光分光鏡和帶通濾光片等。遺憾的是，由于金屬存在吸收，所以會(huì)產(chǎn)生少量的光量損失。

　　多層膜的特性

　　多層膜可以具有任意的反射率·透過率的波長特性，但另一方面也受到很多制約。

　　入射角度的依賴性

　　在改變光線的入射角度時(shí)，多層膜的透過率·反射率的波長特性會(huì)產(chǎn)生變化。

　　多層膜的各層薄膜的相對(duì)厚度，在射入傾斜光線時(shí)，光線通過薄膜中的光程會(huì)變長。因此，入射角度為0度(垂直)時(shí)，透過率·反射率的波長特性在最長波長一側(cè)，入射角度變大時(shí)，向較短波長一側(cè)移動(dòng)。

這種現(xiàn)象被稱為多層膜的藍(lán)色移動(dòng)。

溫度的依賴性

　　電介質(zhì)膜的厚度和薄膜材料的折射率隨溫度的不同而變化，因此多層膜的透過率·反射率的波長特性也隨之變化。由于溫度依賴性隨鍍膜的制造方法和薄膜材料的不同而不同，需要在薄膜的設(shè)計(jì)階段給予考慮。請(qǐng)事先通知使用環(huán)境和溫度變動(dòng)范圍。耐候性

　　多層電介質(zhì)膜根據(jù)使用環(huán)境的不同，其光學(xué)特性有時(shí)會(huì)隨著時(shí)間而產(chǎn)生變化。

　　雖然有不同的制造方法和薄膜構(gòu)成，但長時(shí)間暴露在高溫高濕的環(huán)境下時(shí)，薄膜都會(huì)膨脹，波長特性也會(huì)產(chǎn)生一些變化。

　　像分色反射鏡或帶通濾光片那樣的透過率·反射率隨波長不同變化劇烈的產(chǎn)品，特別需要注意。

　　光學(xué)元件在實(shí)驗(yàn)室或裝置中使用時(shí)，要保持常溫和低濕度狀態(tài)。不使用時(shí)，請(qǐng)保管在電子干燥箱®等干燥的保存箱中。

　　偏光特性

　　光學(xué)元件被用于0度(垂直射入)之外的入射角時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏光特性。

　　偏光特性有P偏光與S偏光的透過率·反射率的變化特性，和P偏光與S偏光的相位差的變化特性的2個(gè)特性。

　　相位差特性很難控制，在本產(chǎn)品目錄的鍍膜產(chǎn)品中不予保證。例如，45度方向的直線偏光射入鍍膜產(chǎn)品時(shí)，出射光的偏光狀態(tài)不再是45度的直線偏光，而是橢圓偏光。但是，不將P偏光和S偏光分開時(shí)，考慮出射光的P偏光和S偏光的光量平均值時(shí)，其透過率·反射率的特性不會(huì)有特別影響。

　　以45度入射角度將光線射入無鍍膜的玻璃基板時(shí)，P偏光和S偏光的反射率是不同的。

　　鍍膜的每個(gè)薄膜分界面也一樣，P偏光和S偏光的反射率存在差異，對(duì)于多層膜，由于P偏光和S偏光透過率和反射率存在很大差異，其波長特性也會(huì)受到影響。

　　因此，產(chǎn)品目錄的透過率·反射率的波長特性曲線圖中顯示有P偏光和S偏光的特性。

　　即便圖中未顯示P偏光，S偏光的特性曲線的鍍膜光學(xué)元件也存在偏光特性，這時(shí)特性曲線圖顯示的是P偏光和S偏光的平均值。

　　由于激光之外的大部分光源為非偏光，因此可以使用P偏光和S偏光平均值的曲線圖。但是使用激光時(shí)，由于是直線偏光，取P偏光值還是取S偏光值，或是取兩者間的值需要根據(jù)偏光方向來決定。

　　特別是像分光反射鏡那樣的透過區(qū)域和反射區(qū)域在較窄的波長譜區(qū)中發(fā)生轉(zhuǎn)換的鍍膜元件，S偏光和P偏光的從透過到反射的轉(zhuǎn)換波長是不同的。S偏光·P偏光的定義

多層電介質(zhì)膜反射鏡的反射率的波長特性

分色反射鏡的反射率的波長特性

　　激光損傷閾值

　　用于脈沖激光諧振腔或激光加工裝置的光學(xué)元件，要求即使射入能量非常高的光線，也要保持元件不至破損的特性。這時(shí)的定量化的能量數(shù)值被稱為激光損傷閾值。用于需要選擇用于高能量激光裝置的光學(xué)元件或設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)。

　　激光損傷閾值的評(píng)估方法使用ISO21254國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的S-on-1測試。

　　S-on-1

　　使用可以調(diào)節(jié)能量的脈沖激光，和能夠以適當(dāng)?shù)哪芰棵芏日丈錂z測對(duì)象的裝置。

　　為了可以改變照射位置將檢測對(duì)象裝載在XY軸位移臺(tái)上，每次照射結(jié)束后改變位置。重復(fù)發(fā)射脈沖激光，在同一部位照射S次激光脈沖。

　　接著改變位置再次以相同能量照射S次。如此重復(fù)地使用相同能量照射檢測對(duì)象的10個(gè)位置。

　　然后改變激光能量，同樣地在10處進(jìn)行照射S次。在激光能量可以調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)重復(fù)這個(gè)操作。

　　使用150倍的顯微鏡觀察檢測對(duì)象的薄膜有無損傷。

　　相對(duì)能量密度，在圖表中表示損傷的出現(xiàn)率，從出現(xiàn)率曲線求出臨界(出現(xiàn)率為0%和0%以上的分界線)的能量密度。將這個(gè)數(shù)值定為激光損傷閾值。

　　* 西格瑪光機(jī)將1回的照射脈沖數(shù)量S定為200次，作為200 on 1測試評(píng)價(jià)。照射回?cái)?shù)和能量密度的照射位置關(guān)系

　　關(guān)于激光損傷閾值的注意點(diǎn)

　　激光損傷閾值隨所使用的激光波長，脈沖寬，和重復(fù)頻率的不同而不同。請(qǐng)確認(rèn)所使用的激光和測試條件是否一致。

　　脈沖激光有單模式(TEM00)激光和多模式激光。激光損傷閾值使用TEM00激光進(jìn)行測試。

　　多模式激光隨激光的模式不同，有時(shí)可能形成局部能量密度很高的部位(峰值)。對(duì)于產(chǎn)生峰值的多模式激光，即使射入低于激光損傷閾值的激光，有時(shí)也會(huì)損傷光學(xué)元件。

　　使用多模式激光時(shí)，如果光學(xué)元件頻繁損傷，有可能是多模式諧振器的光學(xué)調(diào)節(jié)產(chǎn)生了問題。這種情況時(shí)，請(qǐng)確認(rèn)模式或者聯(lián)系激光生產(chǎn)商。

　　光學(xué)元件表面有灰塵或有油污時(shí)，即使有時(shí)是低能量密度下，光學(xué)元件也會(huì)受到損傷。使用高能量激光時(shí)，請(qǐng)務(wù)必清潔光學(xué)元件，在潔凈的狀態(tài)下使用。激光損傷的出現(xiàn)率隨能量密度的變化

　　如果不在同一測試條件下評(píng)價(jià)激光損傷閾值的數(shù)值，將不能進(jìn)行正確的比較。由于每個(gè)生產(chǎn)商的測試條件都不同，僅憑產(chǎn)品目錄的激光損傷閾值的數(shù)值不能判定光學(xué)元件的優(yōu)劣。

　　西格瑪光機(jī)為了使客戶能在安全條件下使用產(chǎn)品，采用了嚴(yán)格的測試條件。如果能夠在低于激光損傷閾值的條件下使用這些產(chǎn)品，和用于普通能量條件時(shí)相比，發(fā)生變質(zhì)或歷時(shí)變化的狀況將不會(huì)更壞。

　　特訂鍍膜

　　除產(chǎn)品目錄的產(chǎn)品之外，也承接設(shè)計(jì)·制造滿足客戶要求的鍍膜元件。從研究開發(fā)或用于試造的1個(gè)樣品，到用于機(jī)器量產(chǎn)的大批量生產(chǎn)，承接任何數(shù)量的委托生產(chǎn)。

　　此外，無論是使用標(biāo)準(zhǔn)玻璃基板鍍膜，還是在特訂制造的基板上的鍍膜，或者是在提供的材料上鍍膜，接受任何形式的合作方式，請(qǐng)安心聯(lián)系營業(yè)部門。

　　使用產(chǎn)品目錄的客戶問詢單，只要填入必要事項(xiàng)，我們便能順利地確認(rèn)鍍膜的技術(shù)指標(biāo)。

　　根據(jù)技術(shù)指標(biāo)內(nèi)容的不同，特訂薄膜有時(shí)會(huì)需要一定的制作時(shí)間。詳細(xì)的交貨期請(qǐng)至營業(yè)部門問詢。

　　特訂鍍膜的例子　T: 透過率 R: 反射率