光学镀膜技术以及应用调查.doc

光 学 论 文光学镀膜技术以及应用调查全美君201030800120指导教师 杨初平 副教授学院名称理学院 专业名称光信息科学与技术论文提交日期2011年11月 论文答辩日期2011年11月答辩委员会主席 _评 阅 人 _摘 要关键词 光学镀膜 原理及技术 应用状况人类生活在周围充满着光的世界里，光是一种人们无时无刻不遇到的自然现象。更为重要的是：光是信息的重要载体，研究光的本性及其传播规律的学科就是光学。 和光打交道，离不开光学薄膜， 薄膜光学是现代光学必不可少的基础技术，它是物理光学的一个重要分支。光学薄膜这门学科已成为现代光学不可缺少的一个重要组成部分，没有光学薄膜，许多现代光学装置便无法发挥效能，失去作用，无论在提高或降低反射率、吸收率与透射率方面，在使光束分开或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或检偏方面，以及在使某光谱带通过或阻滞方面，在调整位相方面等等，光学薄膜均起着至关重要的作用。 总之，薄膜在许多场合都扮演关键角色。镀膜主要是为了减少反射，为了提高镜头的透光率和影像的质量，在现代镜头制造工艺上都要对镜头进行镀膜。镜头的镀膜是根据光学的干涉原理，在镜头表面镀上一层厚度为四分之一波长的物质，使镜头对这一波长的色光的反射降至最低。显然，一层膜只对一种色光起作用，而多层镀膜则可对多种色光起作用。多层镀膜通常采用不同的材料重复地在透镜表面镀上不同厚度的膜层。多层镀膜可大大提高镜头的透光率，；例如，未经镀膜的透镜每个表面的反射率为5%，单层镀膜后降至2%，而多层镀膜可降至0.2%，这样，可大大减少镜头各透镜间的漫反射，从而提高影像的反差和明锐度。目 录1. 光学镀膜技术及其发展1.1光学镀膜技术1.2光学镀膜技术的发展2. 光学镀膜的应用2.1光学镀膜在光学上的应用2.2 光学薄膜在电子电路上的应用2.3 光学薄膜在机械工业的应用2.4光学镀膜在生活中的应用3. 隔热膜，防爆膜的原理和应用状况4. 个人对光学薄膜的应用前景的设想1. 光学镀膜技术及其发展1.1 光学镀膜技术光学薄膜是指附着在光学零件表面的厚度薄而均匀的介质膜层。如下图：我们学的牛顿环、滤光片还有反射镜也属于光学薄膜，生活中常见的照相机的镜头也是镀膜镜片的重要应用之一。薄膜光学是物理光学的一个重要分支，它研究的对象是膜层对光的反射、透射、吸收以及位相特性、偏振效应等，简而言之，它主要研究光在分层媒质中的传播规律性。光学薄膜是一种为改变光学零件表面光学特性而镀在光学零件表面上的一层或多层膜。可以是金属膜、介质膜或这两类膜的组合。 没有光学薄膜，许多现代光学装置便无法发挥效能，失去作用，无论在提高或降低反射率、吸收率与透射率方面，在使光束分开或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或检偏方面，以及在使某光谱带通过或阻滞方面，在调整位相方面等等，光学薄膜均起着至关重要的作用。总之，薄膜在许多场合都扮演关键角色。薄膜器件的轻巧灵便、稳定给它带来更广阔的应用。在光学薄膜的应用中，减反射膜是目前应用最广、产量最大的一种光学薄膜。因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。1.2 光学薄膜的发展史：人类最早发现的五光十色的肥皂泡，水面上彩色斑烂的油膜，两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环，所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的注意，他们各自都提出了一些初步解释，但均不令人满意 ，直到一百五十年以后，即1801年托马斯.杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基础才从此建立起来今天我们可以说，整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。其实早在17世纪中期，“牛顿环”现象的发现揭开了光学镀膜的帷幕，只是在汤马斯杨引入光波干涉原理，光学的基础才开始确立。在1817年 Fraunhofer就制成了第一块减反薄膜，很久后直到1899年 Fabry-Perot才制造出了世上第一台干涉仪。在十九世纪中叶就已经发现溅射法，但在1930年以前，它不能作为实用的镀膜方法，因为没有获得高真空的真正适用的抽气机，直到1930年出现了油扩散泵机械泵抽气系统以后，制造实用的真空镀膜机才成为可能，光学薄膜的发展开始有美好的前景，。在1934年Bauer用卤化物制备了减反薄膜，1934年 ，Pfund用ZnS为Michelson干涉仪制备分束镜，1939 年Geffcken制备了金属介质干涉滤光片。目前制备光学应用的薄膜的主要方法是真空蒸发法和溅射法，前者的发现可追朔到二十世纪初。2. 光学镀膜的应用光学镀膜发展至今，可以分成许多类别。它可大致分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。光学镀膜还可以应用在多个方面，例如在光学、电子电路、显示器、元件、纺织品、模具以及消费用品上都有广泛的应用。光学薄膜这门学科已不仅仅成为现代光学不可缺少的一个重要组成部分，它已经应用在各个领域了。光学薄膜的应用分类具体如下：2.1光学镀膜在光学上的应用：根据光学性能的要求，需要改变光学镜片表面对光波透射，反射能力，真空镀膜就可以实现此项需求。在光学工业的应用大部分只要求在提高光学效率、减少杂光方面即可，如高效减反射膜、高反射膜。但是也要不少地方要求实现光束的调整或再分配的应用，分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件，这些光学元件都可以满足以上的要求。还有要求通过对波长的选择性透过提高系统信噪比的元件，在这方面的光学镀膜元件应用有窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。所以光学镀膜在光学上的应用大致可分为反射镜、增透膜、滤光片等等，其中，这些元件多数应用于天文望远镜、建筑玻璃、相机、灯具等等。光学镀膜在光学上的部分应用如下： 照相机镜头 光学滤波片2.2 光学薄膜在电子电路上的应用：真空镀膜在电子行业中应用极为广泛，在分类上有导电膜、绝缘膜、保护膜这几种。下面具体介绍其中透明导电膜和导电加热膜。透明导电膜：在玻璃、聚酯等基体上，真空镀上氧化铟、氧化锡薄膜，就可实现即透明又导电的功能。可用于显示电报、平面照相电极、观点效应记录材料等方面。导电加热膜：在玻璃灯基体上的局部框线真空镀以鉻或镍合金，接通电源，就可以实现加热功能，用以清除因温差带来的水蒸气灯。光学镀膜在电子电路上的具体应用产品大概有：逻辑元件、运算器、磁片、CCD。2.3 光学薄膜在机械工业的应用自用真空镀膜中的反应性离子镀膜、磁控溅射镀膜灯镀膜技术问世。真空镀膜在机械工业的引用范围越来越广泛。其中应用广泛的两种如下描述：超硬膜：在切削工具中如钻头、铣刀、插滚齿刀灯表面，真空镀上氮化钛等超硬镀膜层，可大大提高切削工具的使用寿命、效率及其精度。在模具上，光学镀膜还应用于刀具超硬膜。功能膜：在机械零件表面真空镀上耐高温、防腐蚀、自润滑的技能的功能膜，可大大提高机械零件的使用寿命及使用功能。如汽轮机叶片。2.4光学镀膜在生活中的应用：在生活中，我们离不开光学镀膜的，衣食住行中，我们都能见到光学镀膜的影子，光学镀膜在纺织品上主要应用于装饰，装饰膜中有金属花纹、金丝银丝线等等。农业上，薄膜纸也属于光学薄膜的一个非常重要的应用。最后，在消费产品上，光学镀膜还可以应用于如下多个产品：级面板、扶手、栏杆、不锈钢薄板、手机外壳、香烟纸。下面是光学镀膜在生活中较常见的应用： 金属镀膜光学镀膜还可以实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜、隔热膜和防爆膜等 。3. 隔热膜，防爆膜的原理和应用状况隔热膜，又俗称太阳隔热膜等，其中，隔热膜是最常见的称呼，“隔热”是指对红外光区的有效阻隔。根据car2100权威定义，隔热膜一般是由PET基材复合而成的薄膜，带有的水溶性压敏胶，它能紧紧贴住玻璃碎片，当发生碰撞车祸或被歹徒敲打挡风玻璃，玻璃碎片不会脱落飞溅。对此，专业的解释是隔热膜本身有多余3层的功能材料，厚度达到大于0.051mm，能承受国际标准97.1105磅的撞击测试。隔热膜又被称为防晒隔热膜，“防晒”是指能有效阻隔紫外线达90%以上。第三代产品运用了很多新技术，如“磁控镀膜”、“微米技术”、“纳米技术”、“航天科技”等，紫外线阻隔率提高到90%100%左右，红外线阻隔率提高到30%95%左右，胶的粘性更强，从而达到既降低膜的厚度又提高了防爆性能的效果。目前市面上的隔热膜大致可分为三种 ：(1)染色膜：就是一般所称的普通膜，这种隔热膜用起来就象是糊灯笼的玻璃纸，可说是一点隔热效果也没有，而且视线非常的差，因此时间一久就会慢慢褪色，而且受热后会散发异味。(2)“半反光纸”，这种太阳膜通常是4S店赠送用户的那种，隔热率大约20%30%，使用一二年后表面可能会起氧化而产生变质，所以买新车时要特别注意4S店所赠送的是否属于这一类。 (3)防爆隔热膜：具有双重效果，防爆隔热膜具有耐磨、半反光和防爆的功能，万一遇到碰撞，玻璃破碎时，还要以有效防止碎片飞散，不会危害到驾驶者的安全，安全性相当高，隔热率可以达到50%以上，是目前汽车隔热膜的主流。隔热膜能有效阻挡太阳辐射的热量，防止热气进去室内，无须花钱把热气泵出。其与窗帘和百叶窗不同之处在于，太阳隔热膜挡掉可能会通过窗户进入屋内高达79%的热气，换言之这相当于每100平方英尺承受阳光照射的玻璃每小时可节约12，0000个英国热量单位。隔热膜的使用不仅降低空调的使用费用，并且在炎热季节里减少大量的热量以保持清爽，减少眩光和眼睛不适，还可以延长家具和织物的使用寿命，防止玻璃飞溅，增加人身安全，使窗户隔热但保持视野清晰。隔热膜及其部分应用图片如下： 隔热膜 汽车隔热膜 防爆膜（Explosion-proof membrane）是装在压力容器上部以防止容器爆炸的金属薄膜，是一种安全装置。又称防爆片或爆破片。 当容器内压力超过一定限度时，薄膜先被冲破，因而可以降低容器内的压力，避免爆炸。在压力容器中应用极广。 防爆膜一词有时特指前挡风膜。由于交通安全的要求，前挡风膜对透光性要求极高。一般的太阳膜是不能用于前挡风的。其价格也比一般的太阳膜高很多。这时防爆就成了防爆膜的最主要功能。安全防爆膜，是运用一种高精度的电解质溅射喷涂法，在由PET（聚乙烯对苯=酸酯）提炼而成的透明强度复合聚酯纤维膜内入金属原子层，具备高强度的粘结力、抗张力、160%高伸张度、强抗酸、抗碱性，在高温下也能保持物理性质的良好状态。 通过含有各种金属镀层射99%的紫外线，同时阻隔不同波长的热能量，达到阻隔紫外线和可见光带来的热能。同时又保持良好的透光率。一般来说，防爆膜结构有如下几个： 1、抗磨层：由耐磨聚氨酯组成，硬度高达4H； 2、带色PET安全基层：由高强度、高透明PET聚酯与颜料熔融挤出双向拉伸制得，由于颜料夹在PET膜里面，可防止氧化变色，寿命长达8年； 3、金属隔热层：在PET膜上通过真空蒸镀或真空磁控溅射金属铝、银、镍等对红外线有较高反射率的纳米级金属层； 4、复合胶粘剂：由耐候性良好高透明的聚氨酯胶粘剂组成； 5、UV吸收层：由特种UV吸收剂构成，可阻隔99%的紫外线； 6、透明PET安全基层：由高强度、高透明PET聚酯膜组成，目的是把金属层夹在中间，防止金属氧化，延长金属膜的寿命； 7、安装胶粘剂：由耐候性良好高透明的丙烯酸酯胶粘剂组成； 8、高透明PET离型膜。防爆膜从最初的“茶纸”到“防爆膜”发展至今为“防爆隔热膜”，已具有隔热节能、防紫外线辐射、防爆等功能。能给爱车贴好的防爆膜是每个车主都想做的，优质的防爆膜不仅透光性好，防紫外线的辐射，更体现“隔热”的硬道理。4.个人对光学薄膜的应用前景的设想在现代光通讯、光显示、光存储以及光成像中都具有极为广泛与重要的应用。经过几十年