一、增透膜介绍 CVj^{||eF
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用于玻璃和塑料基底上的增透膜 @T'^V0!-q:
在众多的光学系统中,一个相当重要的组成部分是镜片上能降低反射的镀膜。在很多应用领域中,增透膜是不可缺少的,否则,无法达到应用的要求。 '0<d9OlJ}
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就拿一个由18块透镜组成的35mm的自动变焦的照相机来说,假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射,没有增透的镜头光透过率为27%,镀有一层膜(剩余的反射为1.3%)的镜头光透过率为66%,镀多层膜(剩余的反射为0.5%)的为85%。 dGIdSQ~ _
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在这篇文章中,列举了一些简单的增透膜和使用的材料。值得注意的是由于玻璃可以被高温加热,而塑料不能,因此,对玻璃和塑料必须选用不同的膜料和膜层设计。 L$ZjMJ
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用于玻璃基底的增透膜 D tsZP
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经典的单层增透膜由一薄层MgF2构成,MgF2在510nm时的折射率为n=1.38,需要的膜厚为d=92nm。因此,在510nm波长时膜层有一个光学密度(厚度)n*d为1/4的波长。镀在加热到250-300°C的玻璃基底上的MgF2,不但牢固,稳定,并且相当方便,经济,直接使用蒸发船便可。 R=D]:u<P
想得到更低的反射率,最简单的方法是镀一层CeF3和一层MgF2(各为1/4的光学厚度),可用蒸发船。图1是单层和2层膜的反射曲线。2层膜的优点是在可见光范围的中段有更低的反射率,缺点在于在红,蓝端的反射率上升过快。 Wh[QR-7Ew
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由于2层膜的效果不理想,为了达到理想的效果,必须使用3层或多层膜。 L.Y3/H_
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经典的3层膜由一层1/4光学厚度的中折射率物质(1.6-1.7),一层1/2光学厚度的高折射率物质 fqNh\~kja
(2.0-2.2)和一层1/4光学厚度的低折射率物质组成。最常用的是Al2O3,ZrO2和MgF2。图1显示 6EqA Y`y
在整个光学敏感段(410-680nm)的反射率低于0.5%。 wj)LOA0
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3层增透膜的膜料选择 }V?m
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膜料对膜层效果有决定性的影响。除了理想的折射率,每次镀膜时稳定的折射率,均匀的膜层,低吸收性,牢固性,稳定性也非常重要。 W^(zP/
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MgF2是最常用的第三层低折射率物质。但是,由于塑料不能被高温加热,用MgF2会使膜层变软和不稳定,此时,SiO2是最佳的选择。 =Tj{)=^/#
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Al2O3是最常用的第一层中折射率物质。它的膜层从红外到紫外线有相当高的透过率,十分牢固,稳定,并且每次镀膜时有稳定的折射率。 O[@!1SKT0
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ZrO2通常被用作第二层高折射率物质。它的优点是从250到7000nm有宽广的透过率,并且,膜层牢固,稳定。但是,每次镀膜时呈现不同的折射率,也就是折射率会随着膜厚的增加而降低,这种现象可能和它的特殊晶体结构有关。图2显示了在五个单独的膜层中ZrO2不同的折射率。我们可以看到和和同次性的膜料相比,折射率有急剧的上升,特别是在中段。ZrO2的另一个缺点是在蒸发是它只是部分的溶解,因此,很难得到均匀的膜厚。 /<LZt<K
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为了减少单体氧化物的这些缺点,可以使用混合氧化物。这些混合料可以根据客户不同的折射率需要来生产。 TOwd+]B
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德国默克公司根据客户大量的实际使用情况和多年的膜料生产经验,研制开发了一系列的混合料: -<W?it?D
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H1, 高折射率, 2.1-2.15 T(J'p4
H2, 高折射率, 2.1-2.15 Ln"wjO,
H4, 高折射率, 2.1-2.15 _&<n'fK[
M1, 中折射率, 1.65-1.7 ]e>qvSuYh
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H1,H2和H4可以被用来生产高折射率的膜层,在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可 Y.^L^ "%dF
以被用来生产中折射率得膜层。H1,H4和M1也能镀在未经加热的基底上,折射率会降低。 gf|uZ9{
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H1在从可见光到紫外的波段内有相当高的透过率,在360nm左右有吸收。但是,同ZrO2一样,无法从溶解的状态下被蒸发,因此较难得到比较均匀的膜层。 Y(Q
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H2在可见光的波段内有很高的透过率,但是在380nm时有截止吸收,这意味着当镀膜条件不理想时,1/2光学厚度的末曾在400nm时会有0.5%的吸收。H2的优点在于它能从溶解的状态下被蒸发,因此有良好的同次性和均匀的膜厚。 |'^s3i&w
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H4在可见光的波段内有很高的透过率,像H1一样,在360n左右有吸收。它也能从溶解的状态下被蒸发,具有良好的同次性和均匀的膜厚。 ["-rDyP
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图3显示了用ZrO2(n=2.05)和上述混合料(n=2.15)的3层增透膜的反射曲线得比较。从中可以看出用混合料的有较好的反射曲线。用ZrO2有交宽广的曲线,但使用混合料在450和590nm时有几乎为零的反射率。 6'qkD<