在光学镜头和滤光片上,PVD技术用于沉积多层纳米级厚度的介电材料薄膜,通过干涉效应来精确调控不同波段光线的透射、反射和吸收。
增透:减少镜片表面的反射损失,增加透光率。
滤光:选择性透过或阻挡特定波长(如红外截止、紫外截止、带通滤光)。
分光:将光线按不同波长或能量进行分离。
保护:提供坚硬、耐用的表面。
1. 主导PVD技术:离子辅助沉积这是光学镀膜的黄金标准,结合了电子束蒸发 和 离子束轰击。
电子束蒸发:利用高能电子束轰击坩埚中的膜料,使其熔化、蒸发,从而在基片表面沉积。
离子辅助沉积:在蒸发的同时,用独立的离子源产生高能离子束轰击基片表面。
作用:
增加膜层密度:将疏松的膜层“锤击”致密,消除柱状晶结构,使其接近块体材料性能。
提高附着力:清洁并活化基片表面。
改善光学稳定性:致密的膜层不易吸附水汽,光学性能(中心波长、透过率)在不同环境下保持稳定。
2. 常用光学膜料
高折射率材料:TiO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, ZrO₂
低折射率材料:SiO₂, MgF₂
吸收型材料:金属(Cr, Ni, Mo) 用于中性密度滤光片。
光学镀膜的本质是设计和制备多层干涉膜系。
目标:在特定波段内将每个玻璃-空气界面的反射率从~4%降至0.1-0.5%以下。
典型膜系:最简单的为V型膜,如 Glass | MgF₂ | Air。高性能的采用宽带增透膜,使用多达几十层的TiO₂/SiO₂或Ta₂O₅/SiO₂交替膜堆。
Glass | MgF₂ | Air
应用:所有相机、望远镜、显微镜镜头的表面。
目标:完美透过可见光,强烈反射红外光。
工作原理:基于法布里-珀罗干涉原理,使用高低折射率材料交替堆叠,形成对红外波段的高反射区。
典型膜系:(HL)^m H (LH)^m 或更复杂的设计,其中H代表高折射率λ/4光学厚度,L代表低折射率λ/4光学厚度。
(HL)^m H (LH)^m
应用:手机相机、安防摄像头CMOS/CCD传感器前,防止红外光干扰色彩还原。
目标:只允许一个特定狭窄波段的光通过,其他波段的光全部反射或吸收。
工作原理:通常由两个反射镜 夹一个腔层 构成。
反射镜:由多个λ/4膜层组成的分布式布拉格反射镜。
腔层:通常为λ/2光学厚度的间隔层。
多腔结构可以使得通带更陡峭、矩形度更好。
应用:荧光显微镜、生化分析仪、环境监测设备。
目标:将入射光按特定比例或波长分成透射和反射两束光。
类型:
中性分光镜:对可见光均匀分光(如50/50)。
彩色分光镜:反射特定波段,透射其他波段。
应用:投影仪、专业摄影器材、光学测量系统。