電介質鍍膜

電介質鍍膜

光學涂層的目的是改變光學表面的反射率。 根據使用的材料和物理現象，原則上可以區分金屬和電介質涂層。 金屬涂層用于反射器和中性密度過濾器。 可以實現的反射率由金屬的性質給出。 一些常用的光學應用金屬在我們的目錄中有描述。

然而，介電涂層使用光學干涉來改變涂覆表面的反射率。 另一個主要區別是用于這種涂料的材料顯示出非常低的吸收。 使用光學干涉涂層，光學表面的反射率可以從幾乎零（防反射涂層）變化到近100％（R> 99.999％的低損失鏡）。 然而，這些反射率值僅在一定波長或波長范圍內實現。

有關光學干涉涂層物理的更詳細的解釋，請參閱我們的目錄和第22頁上引用的文獻！

基礎概述

單個電介質層對表面反射率的影響如圖1所示。入射光束（a）在空氣層界面處分為透射光束（b）和反射光束（c）。 發射光束（b）再次被分成反射光束（d）和透射光束（e）。 反射光束（c）和（d）可能會干擾。

圖1：用于說明高指數材料（左）和低折射率材料（右）的四分之一波長層的干涉效應的示意圖

after P.W. Baumeister “Optical coating technology”, SPIE press monograph, PM 137, Washington 2004

在P.W.之后 波美斯“光學涂層技術”，SPIE新聞專著，PM 137，華盛頓2004年

在圖1中，波長由反射光束的陰影表示。 從“光到光”或“暗到暗”的距離是波長。 取決于反射光束之間的相位差，可能會發生結構性或相消干擾。

兩個介質之間界面的反射率取決于介質的折射率，入射角和光的偏振度。 一般來說，它是用菲涅耳方程描述的。

光束（c）和（d）之間的相位差由層的光學厚度n·t（折射率n和幾何厚度t的乘積）給出。 此外，必須考慮到，如果來自低折射率介質的光在界面處反射到高折射率介質，則發生π的相跳躍，即一個半波。

防反射涂料

單個低折射率層可用作簡單的AR涂層。 用于此目的的常見的材料是VIS an NIR中的折射率n = 1.38的氟化鎂。 該材料將熔融二氧化硅的表面反射率降低R?1.8％，藍寶石幾乎為零。

可以為所有襯底材料設計由2-3層組成的單波長AR涂層，以將給定波長的反射率降低到接近零。 這些涂層特別用于激光物理學。 幾種波長或寬波長范圍的AR涂層也是可能的，由4-10層組成。

圖2：單波長AR涂層（“V涂層”）（a）和寬帶AR涂層（b）的示意性反射光譜

鏡子和部分反光鏡

常見的反射鏡設計是所謂的四分之一波長疊層，即對于所需波長具有等于n·t =λ/ 4的相等光學厚度的交替的高和低折射率層的疊層。 這導致在層之間的每個界面處產生的反射光束的相長干涉。 對于給定數量的層對，反射帶的光譜寬度和可實現的反射率取決于層材料的折射率的比率。 大的折射率導致寬的反射帶，而可以使用具有低折射率的材料制造窄的反射帶。

圖3：具有相同光學厚度的高折射率材料（灰色陰影）和低折射率材料（無陰影）（在[1]之后）（a）的層的四分之一波長堆疊的示意圖（a），四分之一波長堆疊的反射率譜 15對Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2（b）

[1] P.W. 波美斯“光學涂層技術”，SPIE新聞專著，PM 137，華盛頓2004年

為了可視化不同折射率比率的影響，圖3b比較了由800對納米線（n1 / n2 = 2.1 / 1.46和2.35 / 1.46）組成的15對Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2組成的四分之一波長的反射率譜。

假設具有零吸收和散射損耗的理想涂層，隨著層對數的增加，理論反射率將接近R = 100％。 也可以僅使用少量的層對（參見圖4）來制造具有R = 0％和R = 100％之間的幾個離散反射率值的部分反射器。 將一些非四分之一波長層添加到這樣一個堆棧允許優化反射率到任何所需的值。

圖4：800nm的由1,2,3,4,10和15層Ta2O5 / SiO2組成的四分之一波長堆疊的計算反射率

圖4還示出了越來越多的層對導致反射帶的更陡的邊緣。 這對于邊緣濾波器尤其重要，即具有平滑側邊帶的反射鏡。 非常陡峭的邊緣需要大量的層對，這又導致非常高的反射率。 非常高的反射率值需要非常低的光損耗。 這可以通過使用濺射技術來實現。