增透膜與玻璃塑料之間有啥事？你知幾何？

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真有事？

增透膜誕生於20世紀30年代，它的出現對於推動當時的技術光學的發展起到了最重要的作用，時至今日，其生產總量仍然超過其他類型的薄膜材料。在其成長的過程中，最大的益者莫過於光學儀器，它完美的解決了光學儀器的成像質量問題，隨著增透膜設計和製備技術的不斷進步，它對於社會生產實踐有著非常重要的意義。

▲增透膜效果對比圖

在光學儀器不斷革新中，也突顯了兩位了不得的功臣，那就是玻璃和塑料在光學儀器中作為光學元件材料被廣泛運用。然而光學元件表面的反射，不僅影響了光學元件的通光能量，而且這些反射光還會在儀器中形成雜散光，影響光學儀器的成像質量。增透膜的出現完美的解決了這一問題，而玻璃塑料作為增透膜的載體被廣泛運用到生產實踐中，增透膜與玻璃塑料之間「曖昧」關係也不足為奇了！

有啥事？

玻璃有話說

作為鍍膜基底的玻璃可以被高溫加熱，所以玻璃和增透膜「相處」的比較容易，也比較容易「開花結果」。

1、首先「開花結果」的是單層增透膜

為了減少玻璃基底表面反射光，在其上鍍一層低折射率薄膜，折射率約為1.52（玻璃基底的折射率與空氣折射率乘積的均方根，即），而理想的單層減反射膜的折射率約為1.23，但是由於現階段薄膜材料性能的缺陷，具有最低折射率薄膜材料的氟化鎂，其折射率也僅僅能達到1.38，這雖然不理想，也能使反射率大大降低。

專業知識

如何鍍制氟化鎂？

鍍制氟化鎂時，應將溫度加熱到250-300°C，這樣得到的薄膜，膜層折射率接近體材料，聚集密度接近1；而且牢固，穩定，並且相當方便，經濟，直接使用蒸發舟便可。

▲不同玻璃鍍氧化鎂得到的反射率曲線

單層膜的出現，在薄膜發展史上具有重要的意義，至今它還有一些簡單的應用領域，但是它還存在剩餘反射率高與光透過後失去色平衡等兩方面缺陷，當其作為變焦距鏡頭、超廣角鏡頭和大孔徑等複雜的透鏡系統中的增透膜時，其是很難符合要求的。為了提高增透膜的性能，目前最常用的的方法是運用周期性或非周期性多層膜構成增透膜，以此來提高單層膜的性能。

2、其次「開花結果」的是雙層增透膜

對於單層增透膜，要想達到增透效果，就需要折射率較低得薄膜材料，在現階段條件下其條件還是略顯勉強，但是若能採用某種方法使基底的折射率略微提高，那麼問題就會迎刃而解，也許會有人說，更換基底材料不就行了嗎？是的，這不失為一種好辦法，但是要知道薄膜工作者是通過鍍膜的方法改變某種材料的光學性能，基底材料是不能隨意更換的。為了達到此鍍模目的，常用的方法先在玻璃基底上鍍一層厚度為四分之一中心波長的高折射率薄膜，來提高玻璃與薄膜的等效導納，然後再鍍一層四分之一中心波長或二分之一中心波長厚度低折射率的氟化鎂，能達到極好的增透效果。

專業知識

V 型膜和 w 型膜

在可見光區，此種薄膜反射率在波段兩端明顯升高，通常也將這種增透膜稱為V型膜，將增透膜稱為w型膜。

▲雙層增透膜光學導納圖和反射率曲線圖

3、最後「開花結果」的是多層增透膜

正如上面所說，雙層增透膜比單層增透膜的性能要優越的多，但是在一些應用例子中，還是會出現過大的反射率與不適宜的光譜寬度，因此這就不得不用到三層或多層增透膜，通常的做法是在雙層增透膜之間插入一層四分之一或二分之一中心波長的膜層，可以看做是v型膜與w型膜的改進形式，這裡不做過多介紹。

三層膜結構

Al2O3 是最常用的第一層中折射率物質。它的膜層從紅外到紫外線有相當高的透過率，十分牢固、穩定，並且每次鍍膜時有穩定的折射率。

MgF2 是最常用的第三層低折射率物質，由於塑料不能被高溫加熱，用 MgF2 會使膜層變軟和不穩定，因此 SiO2 是最佳的選擇，在光學樹酯鏡片行業，均採用 SiO2 作為低折射率的膜材。

ZrO2 通常被用作第二層高折射率物質，它的優點是從 250 到7000nm 有寬廣的透過率，並且，膜層牢固、穩定。但是，每次鍍膜時呈現不同的折射率，也就是折射率會隨著膜厚的增加而降低，這種現象可能和它的特殊晶體結構有關。ZrO2 的另一個缺點是在蒸發是它只是部分的溶解，因此，很難得到均勻的膜厚。所以也常用一些混合氧化物如：H1、H2、H4、M1等來代替。

塑料有話說

作為鍍膜基底的塑料不耐高溫，所以塑料和增透膜「相處」的就比較曲折，不過這也更有「情趣」。

常見的聚甲基丙烯酸（PMMC）和聚碳酸酯（PC）等透明塑料已經廣泛應用於製作光學元件（透鏡、鏡片等）。

注意事項

塑料元件鍍膜

塑料元件在蒸鍍前必須用特殊溶液浸潤，再經高溫處理，並敷上多層增透膜；通常在光學塑料鏡片先用物理方法或化學方法積澱一層基於硅醇的硬膜，以增強塑料表面的硬度，然後在其上敷有多層減反膜。

由於光學塑料尤其是PMMA的轉變溫度是107度，雖然蒸發時無需加熱，但是為了提高膜層的硬度，常使用離子源輔助技術使其加硬，所以在蒸鍍過程中，電子槍和離子源輻射的輻射熱仍會使基板的溫度升高，尤其是某些高折射材料的蒸發溫度比低折射率材料要高的多，顯然減少高折射率的蒸鍍時間是非常必要的。

因此，在設計時應儘可能使高折射率膜層厚度降低，以此來減少蒸鍍時間。

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