【文章內(nèi)容簡介】 ，能量反射率就是振幅反射系數(shù)的平方。2 光學(xué)減反射膜的設(shè)計20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)的減反射膜促進了薄膜光學(xué)的早期發(fā)展。對于推動技術(shù)光學(xué)發(fā)展來說，在所有的光學(xué)薄膜中，減反射膜起著最重要的作用。直至今日，就其產(chǎn)生的總量來說，它仍然超過所有其他類型的薄膜。因此研究減反射膜的設(shè)計和制備技術(shù)，對于生產(chǎn)實踐有著重要的意義。 減反射膜系設(shè)計材料的選擇一般來說，選擇膜層材料應(yīng)主要考慮以下幾個方面的特性：膜料的透明光譜區(qū)域、透明度、折射率、材料的蒸發(fā)方式、機械牢固性、化學(xué)穩(wěn)定性及抗高能輻射等。下面簡單介紹常用的二氧化鈦、氟化鎂、二氧化硅三種薄膜材料的性質(zhì)。（1）二氧化鈦二氧化鈦（TiO2）薄膜折射率高，在250℃，～12，在整個可見和近紅外光譜區(qū)都是透明的。具有很強的牢固度，呈現(xiàn)壓應(yīng)力，這些優(yōu)異的性能使得它在光學(xué)薄膜中的應(yīng)用十分誘人。但是TiO2材料在真空中加熱失氧現(xiàn)象嚴(yán)重，形成高吸收的亞氧鈦薄膜TinO2n1（n=1,2,…,10）。所以為了獲得高純度的Ti02，我們常采用電子束直接蒸發(fā)TiO2，并用離子源輔助的方法，就算在低溫甚至室溫也可以得到比較高的折射率，通常同時需要充入足夠的氧氣并保持高真空度。（2）二氧化硅二氧化硅（SiO2）是唯一例外的分解很小的低折射率氧化物材料，透明區(qū)一直延伸到真空紫外（～8um）。它的光吸收很小，膜層牢固且抗磨耐腐蝕，應(yīng)用極其廣泛。SiO2在高溫蒸發(fā)時與TiO2類似，也可生成低價氧化物SiO 和Si2O3。這種低價氧化物常比高價氧化物易蒸發(fā)，所以薄膜中具有復(fù)雜的成分。SiO2薄膜的結(jié)構(gòu)精細(xì)，呈網(wǎng)絡(luò)狀玻璃態(tài)，不但散射吸收小，而且保護能力極強。 單層減反射膜的設(shè)計 當(dāng)光線從折射率n0的介質(zhì)射入折射率為n1的另一介質(zhì)時，在兩介質(zhì)的分界面上就會產(chǎn)生光的反射．如果介質(zhì)沒有吸收，分界面是一光學(xué)表面，光線又是垂直入射，則反射率R為如果不考慮吸收，透射率為T=1－R。例如，％左右。折射率較高的火石玻璃，則表面反射更為顯著。為了減少表面反射光，最簡單的途徑是在玻璃表面上鍍一層低折射率的薄膜。我們來看一下簡單的單層增透膜。設(shè)膜的厚度為d，當(dāng)光垂直入射時，薄膜兩表面反射光的光程差為 2nd，由于在膜的上、下表面反射時都有相位突變 ，結(jié)果沒有附加的相位差，兩反射光干涉相消時應(yīng)滿足： 膜的最小厚度應(yīng)為（相應(yīng)于k=0 ）: 由于反射光相消，因而透射光加強。單層增透膜只能使某個特定波長λ的光盡量減少反射，對于相近波長的其他反射光也有不同程度的減弱，但不是減到最弱，對于一般的照相機和目視光學(xué)儀器，常選人眼最敏感的波長λ=550nm作為“控制波長”，鏡片在白光下觀看此薄膜的反射光，黃綠色光最弱，紅光藍(lán)光相對強一些，因此鏡面呈籃紫色。 此時中心波長處的反射率為，%%左右，%左右。單層減反射膜的出現(xiàn)，在歷史上市一個重大的進展。直至今日仍廣泛地用來滿足一些簡單的用途。但是它存在兩個主要的缺陷，首先，對大多數(shù)應(yīng)用來說，剩余反射還顯得太高；此外，從未鍍膜表面反射的光線，在色彩上仍保持中性，而從鍍膜表面反射的光線破壞了色的平衡?；旧嫌袃蓚€途徑可以提高單層膜的性能，即或采用變折射率的所謂非均勻膜，亦或者是采用多層減反射膜。 對于單層氟化鎂來說，冕牌玻璃的折射率是太低了。為此，我們可以在玻璃基片上先鍍一層λ0/4厚的、折射率為n2的薄膜，這時對于波長λ0/4來說，薄膜和基片組合的系統(tǒng)可以用一折射率為Y=n22/ng的假象基片來等價。顯然，當(dāng)n2ng時，有Yng。也就是說，在玻璃基片上先鍍一層高折射率的λ0/4厚的膜層后，基片的折射率好像從ng提高到n22/ng，然后再鍍上λ0/4厚的MgF2膜層就能起到更好的增透效果。 例如。這時Y=n22/ng =。因此MgF2膜剛好滿足理想減反射的條件，使波長的反射光減至接近于0。但對于偏離λ0的波長不滿足干涉相消的條件，表面反射會顯著增加，光譜反射率曲線呈V字形，所以這種λ0/4 λ0/4雙層減反射膜稱為V形膜。此外，厚度為λ0/4 λ0/2型的雙層減反射膜，在中心波長λ0的兩側(cè)可望有兩個反射率極小值，光譜反射率曲線呈W形，所以也把這種雙層減反射膜稱作為W形膜。對于中心波長λ0，厚度為λ0/2的膜層是虛設(shè)層，對反射率毫無影響，但是影響著其它波長的反射率。適當(dāng)?shù)剡x擇虛設(shè)層的折射率，可以減小中心波長兩側(cè)的折射率。雙層減反射膜性能比單層減反射膜要優(yōu)越得多。但它并沒有克服單層減反射膜的上述兩個抓喲缺陷，尤其是對于冕牌玻璃更是如此。 正如上面所說的，雙層減反射膜的特性比單層膜要優(yōu)越得多。但是，在許多也能夠用例子里，即使是一個理想的多層膜，還是會形成過大的反射率或不適宜的光譜帶寬度。因此在這些例子中，都要用三層或者更多層的減反射膜。 、厚度為λ0/2的Al2O3薄膜，然后再鍍上λ0/4的MgF2薄膜，其反射率曲線如下圖所示。再例如在玻璃基片上先鍍上一層厚度為λ0/4的CeF3薄膜，再鍍上一層厚度為λ0/2的ZnO薄膜，最后再鍍上一層厚度為λ0/4的MgF2薄膜，則其在空氣中這樣的三層膜的反射率曲線為下圖所示。3 光學(xué)薄膜材料及減反射膜的初步制備光學(xué)薄膜一般可通過化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積兩種工藝獲得。在物理氣相沉積方法中，根據(jù)膜料汽化方式的不同，又可分為熱蒸發(fā)、濺射、離子鍍技術(shù)，但各種方法都存在自身的優(yōu)缺點。由于濺射法具有膜厚可控性和重復(fù)性好；薄膜與基片的附著力強；膜層純度高；使用不同材料同時濺射可以制備混合膜、化合膜等特殊材料的薄膜等優(yōu)點，本論文采用中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公式研制的JGP560型超高真空多功能磁控濺射系統(tǒng)，以反應(yīng)濺射法制備滿足光學(xué)水晶低通濾波器設(shè)計要求的可見光增透、近紅外截止的光學(xué)薄膜。濺射是一個極為復(fù)雜的物理過程，涉及的因素很多。濺射是動量轉(zhuǎn)移過程，所以濺射出的粒子具有反向性。粒子和固體表面相互作用的關(guān)系及各種濺射產(chǎn)物，都伴隨著離子轟擊，或由固體表面濺射出中性原子或分子等多個作用過程。實際進行濺射時，一般是讓被加速的正離子轟擊陰極靶，故也稱此過程為陰極濺射。濺射鍍膜是基于載能離子轟擊靶材時的濺射效應(yīng)，而整個濺射過程均是建立在輝光放電的基礎(chǔ)上，即濺射離子都來源于氣體放電?！?0Pa的稀薄氣體中，兩個電極之間加上電壓，而產(chǎn)生一種氣體放電的現(xiàn)象。濺射過程就是利用了輝光放電階段。磁控濺射中的放電過程是異常陰極輝光放電，放電產(chǎn)生的等離子體為Ar+，盡管也受到磁場同樣的洛倫茲力，但由于Ar+靠近陰極，且其質(zhì)量大，慣性很大，當(dāng)Ar+跑向靶面時，受磁場的影響很小。因此，大離子