望远镜镀膜：（浅谈增透膜）

磨砂工

楼主辛苦！贡献了很好的一篇科普文章，薄膜光学是非常奇妙的！
探讨一下：我们在做的一款产品，分光棱镜的镀膜要求是，在可见光范围中，将某一波段透过率降低到55%-65%之间，其余波段不低于96%，可有什么好办法！？

w127

磨砂工 发表于 2023-8-18 11:03
楼主辛苦！贡献了很好的一篇科普文章，薄膜光学是非常奇妙的！
探讨一下：我们在做的一款产品，分光棱镜的 ...

光学玻璃的品质、镀膜的品质、光学玻璃与镀膜的适配情况。

w127

磨砂工 发表于 2023-8-18 11:03
楼主辛苦！贡献了很好的一篇科普文章，薄膜光学是非常奇妙的！
探讨一下：我们在做的一款产品，分光棱镜的 ...

镀膜成分、镀膜条件是厂家机密，我不是做光学镀膜这一行，我没法说出具体操作内容。

磨砂工

w127 发表于 2023-8-18 11:56
镀膜成分、镀膜条件是厂家机密，我不是做光学镀膜这一行，我没法说出具体操作内容。

哦哦 我以为您是从事镀膜行业的，那你的学习能力着实可以，能写出这样的文章！

军事家英英

w127 发表于 2023-8-18 11:56
镀膜成分、镀膜条件是厂家机密，我不是做光学镀膜这一行，我没法说出具体操作内容。

同样的镀膜确实有优劣之分！   当然，那些动辄上万甚至几万的三大品牌的镜子的价格当中，品牌溢价就要占到总价的至少50%！   但奇怪的是，一些顶级品牌观鸟镜的经销商却大倒苦水说，卖顶级镜的利润还没有国产中低端（包括高端）镜子的利润高？？！    不知道究竟是什么原因造成的？？

w127

军事家英英 发表于 2023-8-18 13:07
同样的镀膜确实有优劣之分！   当然，那些动辄上万甚至几万的三大品牌的镜子的价格当中，品牌溢价就要占 ...

国产镜子的模具基本是公模……

w127

军事家英英 发表于 2023-8-18 13:07
同样的镀膜确实有优劣之分！   当然，那些动辄上万甚至几万的三大品牌的镜子的价格当中，品牌溢价就要占 ...

厂家利润率不一样

军事家英英

w127 发表于 2023-8-18 15:43
厂家利润率不一样

意思是说，国产镜基本都是公模，但由于是公模，所以也就省去了一大笔开模费用，对吧？ 另外，难道三大镜子每升级一款时的模具都要重新开模吗？ 如果真是这样的话，那成本确实降不下来也就不奇怪了......

soltutu

感谢楼主科普。以前我做照明行业，为了增加卤素灯的光通量我们也在表面镀增透膜，十六层左右，可见光波段增透，红外部分反射回内部。

w127

军事家英英 发表于 2023-8-18 15:54
意思是说，国产镜基本都是公模，但由于是公模，所以也就省去了一大笔开模费用，对吧？ 另外，难道三大镜 ...

还有售后服务

w127

磨砂工 发表于 2023-8-18 11:03
楼主辛苦！贡献了很好的一篇科普文章，薄膜光学是非常奇妙的！
探讨一下：我们在做的一款产品，分光棱镜的 ...

据我所知，目前国内仅有西光集团的镀膜技术有可能满足你的标准

磨砂工

w127 发表于 2023-8-24 21:16
据我所知，目前国内仅有西光集团的镀膜技术有可能满足你的标准

西光我们很熟悉，这种特殊镀膜他们不强。我们生产的是双筒激光测距望远镜，是采用OLED投射显示技术（目前行业的顶尖技术），测距数据要在目视画面中显示清晰明亮，分光棱镜的镀膜要求在保证白光整体高透，又要在波段中很细的一部分波段底透过。不好做，好多专业的镀膜厂都合格率不高。

w127

磨砂工 发表于 2023-8-25 09:32
西光我们很熟悉，这种特殊镀膜他们不强。我们生产的是双筒激光测距望远镜，是采用OLED投射显示技术（目前 ...

激光测距镜子的镀膜？？那就难办了，国内光学民企里能把白光望远镜、瞄准镜镀膜做好的已经屈指可数。你们的镀膜可能得找国内军方的工厂。。

精华火腿

磨砂工 发表于 2023-8-18 11:03
楼主辛苦！贡献了很好的一篇科普文章，薄膜光学是非常奇妙的！
探讨一下：我们在做的一款产品，分光棱镜的 ...

深圳一些镀膜厂好像可以根据用户要求进行镀膜设计，比如400-700nm可见光高透，特定波段范围低透或高反。

w127

  化学镀膜
  化学镀膜是在含金属盐溶液的镀液中加入化学还原剂，将镀液中的金属离子，还原后沉积在被加工零件表面的一种加工方法。其特点是：有好的均镀能力，镀层厚度均匀，这对大表面和精密复杂零件很重要；被镀工件可以是任何材料，包括非导体如玻璃、陶瓷和塑料等；不需电源，设备简单；而且镀液一般可以再生。
  酸蚀法镀增透膜只适用于硅酸盐玻璃(包括硅酸玻璃、硼硅玻璃、铝硅玻璃等)，其原理是：硅酸盐玻璃在酸类稀溶液中被浸蚀，经过烘烤，最后在光学玻璃表面留下一层二氧化硅薄膜，当膜层的光学厚度控制在λ/4时，便起到减反射的作用。常用的酸溶液有醋酸溶液、硝酸溶液和盐酸溶液。以醋酸为例，醋酸钠溶解于水，胶态硅酸附着在光学玻璃表面，硅酸不稳定，经加热烘烤脱水在光学玻璃表面形成二氧化硅薄膜，这种方法的特点是设备非常简单，只需一个带盖的储酸槽及一台普通的恒温箱。其操作工艺也较为简单。
  成膜物质经过化学反应在光学零件表面形成薄膜的过程。常用的镀制方法有。1.酸蚀法：将玻璃零件浸泡在醋酸水溶液中，表面生成硅酸凝胶层，烘烤脱水后变成二氧化硅膜，可作为增透膜使用。2.水解法：将钛酸乙酯(或硅酸乙酯)的乙醇溶液清在高速旋转的光学表面上，遇到空气中水汽发生水解，产生的钛酸(或硅酸)脱水后成二氧化钛(或二氧化硅)膜。此法可镀制单层、双层和三层增透膜，单层、双层和三层析光膜等。3.沉积法：将银氨锗盐溶液和还原剂溶液倒在清洁的玻璃上，反应中析出的银在玻璃表面沉积成银膜，此法可制成反光胰和析光膜。此外，也有用化学镀膜方法制造憎水膜的。
  化学镀离子来源一般为：铜-硫酸铜、镍-氯化镍、铬-溴化铬、钴-氯化钴。还原剂为：次磷酸钠、次硫酸钠或葡萄糖、酒石酸钾钠等。特定的金属选用特定的还原剂。镀液成分、质量分数、温度、时间都对镀层质量有很大的影响。一般镀前需要对工件进行表面脱脂和去锈等处理。

w127

  真空镀膜


在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。

真空镀膜技术初现于20世纪30年代，四五十年**始出现工业应用，工业化大规模生产开始于20世纪80年代，在电子、宇航、包装、装潢、烫金印刷等工业中取得广泛的应用。真空镀膜是指在真空环境下，将某种金属或金属化合物以气相的形式沉积到材料表面(通常是非金属材料)，属于物理气相沉积工艺。因为镀层常为金属薄膜，故也称真空金属化。广义的真空镀膜还包括在金属或非金属材料表面真空蒸镀聚合物等非金属功能性薄膜。在所有被镀材料中，以塑料最为常见，其次，为纸张镀膜。相对于金属、陶瓷、木材等材料，塑料具有来源充足、性能易于调控、加工方便等优势，因此种类繁多的塑料或其他高分子材料作为工程装饰性结构材料，大量应用于汽车、家电、日用包装、工艺装饰等工业领域。但塑料材料大多存在表面硬度不高、外观不够华丽、耐磨性低等缺陷，如在塑料表面蒸镀一层极薄的金属薄膜，即可赋予塑料程亮的金属外观，合适的金属源还可大大增加材料表面耐磨性能，大大拓宽了塑料的装饰性和应用范围。


蒸发镀膜
通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。这种方法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。蒸发镀膜设备结构如图1。

蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热坩埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间(或决定于装料量)，并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为0.1~0.2电子伏。



蒸发源有三种类型。①电阻加热源:用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料;②高频感应加热源:用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质;③电子束加热源:适用于蒸发温度较高(不低于2000[618-1])的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。

蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。为沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法。生长掺杂的GaAlAs单晶层的分子束外延装置喷射炉中装有分子束源，在超高真空下当它被加热到一定温度时，炉中元素以束状分子流射向基片。基片被加热到一定温度，沉积在基片上的分子可以徙动，按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计量比的高纯化合物单晶膜，薄膜最慢生长速度可控制在1单层/秒。通过控制挡板,可精确地做出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。

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  溅射镀膜

用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。通常将欲沉积的材料制成板材──靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入 10~1帕的气体(通常为氩气)，在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜。与蒸发镀膜不同，溅射镀膜不受膜材熔点的限制,可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。溅射化合物膜可用反应溅射法，即将反应气体 (O、N、HS、CH等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物(如氧化物、氮化物等)而沉积在基片上。沉积绝缘膜可采用高频溅射法。基片装在接地的电极上，绝缘靶装在对面的电极上。高频电源一端接地，一端通过匹配网络和隔直流电容接到装有绝缘靶的电极上。接通高频电源后，高频电压不断改变极性。等离子体中的电子和正离子在电压的正半周和负半周分别打到绝缘靶上。由于电子迁移率高于正离子，绝缘靶表面带负电，在达到动态平衡时，靶处于负的偏置电位，从而使正离子对靶的溅射持续进行。采用磁控溅射可使沉积速率比非磁控溅射提高近一个数量级。

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  离子镀

蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。这种技术是D.麦托克斯于1963年提出的。离子镀是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。一种离子镀系统如图4[离子镀系统示意图],将基片台作为阴极，外壳作阳极，充入惰性气体(如氩)以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子通过等离子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打到基片表面。未电离的中性原子(约占蒸发料的95%)也沉积在基片或真空室壁表面。电场对离化的蒸气分子的加速作用(离子能量约几百~几千电子伏)和氩离子对基片的溅射清洗作用，使膜层附着强度大大提高。离子镀工艺综合了蒸发(高沉积速率)与溅射(良好的膜层附着力)工艺的特点，并有很好的绕射性，可为形状复杂的工件镀膜。

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用于玻璃基底的增透膜
经典的单层增透膜由一薄层 MgF2 构成， MgF2 在 510nm 时的折射率为 n=1.38 ，需要的膜厚为 d=92nm 。因此，在 510nm 波长时膜层有一个光学密度（ 厚度） n*d 为 1/4 的波长。镀在加热到 250-300°C 的玻璃基底上的 MgF2 ，不但牢固，稳定，并且相当方便，经济。想得到更低的反射率，最简单的方法是镀一层 CeF3 和一层 MgF2 （各为 1/4 的光学厚度），可用蒸发船。图 1 是单层和 2 层膜的反射曲线。 2 层膜的 优点是在可见光范围的中段有更低的反射率，缺点在于在红，蓝端的反射率上升过快。 由于 2 层膜的效果不理想，为了达到理想的效果，必须使用 3 层或多层膜。 iIvc43YV% 经典的 3 层膜由一层 1/4 光学厚度的中折射率物质（ 1.6-1.7) ，一层 1/2 光学厚度的高折射率物质 (2.0-2.2) 和一层 1/4 光学厚度的低折射率物质组成。最常用的是 Al2O3 ， ZrO2 和 MgF2 。

w127

3 层增透膜的膜料选择

膜料对膜层效果有决定性的影响。除了理想的折射率，每次镀膜时稳定的折射率，均匀的膜层，低吸收性，牢固性，稳定性也非常重要。

MgF2 是最常用的第三层低折射率物质。但是，由于塑料不能被高温加热，用 MgF2 会使膜层变软和不稳定，此时， SiO2 是最佳的选择。

Al2O3 是最常用的第一层中折射率物质。它的膜层从红外到紫外线有相当高的透过率，十分牢固，稳定，并且每次镀膜时有稳定的折射率。

ZrO2 通常被用作第二层高折射率物质。它的优点是从 250 到 7000nm 有宽广的透过率，并且，膜层牢固，稳定。但是，每次镀膜时呈现不同的折射 率，也就是折射率会随着膜厚的增加而降低，这种现象可能和它的特殊晶体结构有关。