光學薄膜原理、設計軟件與鍍膜技術
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
1 光學薄膜原理
在上一篇中，我們對光學薄膜的常見功能做了介紹，本篇中，我們將介紹光學薄膜的原理、常用設計軟件和鍍膜技術方面的內容。光學薄膜，之所以能實現增透、高反或者分光等獨特的功能，其基本原理就是光的薄膜干涉。薄膜通常由一組或多組高折射率材料層和低折射率材料層交替疊加而成，這些膜層材料一般是氧化物、金屬或氟化物，通過設定薄膜的層數、厚度和不同膜層之間的折射率差異，可以調控光束在膜層間的干涉情況，從而獲得需要的功能。我們以常見的增透膜為例，來說明這一現象，為了*大程度地提高或降低干涉，膜層的光學厚度通常為所使用的光的波長的1/4 (QWOT) 或 1/2 (HWOT)。在下圖中，入射介質的折射率為n0，基片的折射率為ns，因此，可以計算獲得能夠產生干涉相抵消條件的薄膜材料折射率為
，經膜層上表面反射的光束為R1，經膜層下表面反射的光束為R2，當膜層的光學厚度為1/4波長時，R1與R2的光程差就為1/2波長，且滿足干涉條件，從而產生了干涉相消的現象。
這樣一來，反射光束的強度變的非常小，從而實現了增透的目的。
2 光學薄膜設計軟件
為了便于技術人員設計出滿足各種特定功能的膜系，人們開發了薄膜設計軟件，設計軟件集成了常用的鍍膜材料及其參數、膜層仿真與優化算法和分析功能，便于技術人員開發和分析各類膜系。常用的膜系設計軟件如下：
A、TFCalc
TFCalc是一個光學薄膜設計和分析的通用工具，可用于設計各種類型的減反、高反、帶通、分光、相位等膜系。TFCalc能設計基底雙面膜系，單面膜層*多可達5000層，支持膜堆公式輸入，并可以模擬各種類型的光照：如錐形光束，隨機輻射光束等。其次，軟件具有一定的優化功能，可用極值、變分法等方法優化膜系的反射率、透過率、吸收率、相位、橢偏參數等目標。軟件集成了各種分析功能，如反射率、透過率、吸收率、橢偏參數分析，電場強度分布曲線、膜系反射和透過顏色分析，晶控曲線計算，膜層公差與敏感度分析，良率分析等。TFCalc的操作界面如下：
在上圖的操作界面中，通過輸入參數和邊界條件，并進行優化，就可以得到滿足需求的膜系，操作相對簡便，易上手。Essential Macleod 是一套完備的光學薄膜分析與設計的軟件包，具有真正的多文檔操作界面，它能滿足光學鍍膜設計中的各種要求，從簡單的單層膜到嚴格的分光膜都可以搞定，也能對波分復用（WDM）和密集波分復用（DWDM）濾波片進行測評，可以從頭開始設計也可以優化已有的設計，可以勘測在設計中的誤差，功能豐富且強大。
OptiLayer軟件支持光學薄膜的全過程：參數-設計-生產-反演分析，它包括OptiLayer, OptiChar, OptiRE三部分，另有OptiReOpt動態鏈接庫（DLL）可以增強軟件的功能。OptiLayer考察由設計到目標的評價函數，通過優化達到設計目標，并進行預生產誤差分析。OptiChar考察在各種薄膜理論中的重要因素下的層材料光譜特性和其實測光譜特性的差異函數，得出較好的切合實際的層材料模型并得出各因素對當前設計的影響，指出用該層材料設計時考察需哪些因素。OptiRE考察設計模型光譜特性和生產后實驗測得模型光譜特性，通過工程反演得出生產中產生的一些誤差，將其反饋到生產過程中去以指導生產。通過動態鏈接庫功能可將以上幾個模塊聯系起來，從而實現薄膜設計到生產等一系列過程中的設計、修改和實時監測等功能。
3 鍍膜技術
按照鍍制方式不同，可分為化學鍍膜技術和物理鍍膜技術兩大類。化學鍍膜技術主要分為浸鍍法和噴鍍法，該技術污染較大，且膜層性能不佳，逐漸被新一代的物理鍍膜技術所取代。物理鍍膜是以真空蒸鍍、離子鍍等方式進行的，真空鍍膜是在真空中，把金屬、化合物等膜料進行蒸發（或濺射），使它們沉積在待鍍膜的基底上的方法。在真空環境下，鍍膜設備有更少的雜質，可以防止材料表面的氧化，有利于保證薄膜的光譜均勻性和厚度一致性，因此應用廣泛。正常情況下，1個大氣壓約為10的5次方Pa，而真空鍍膜所需要的氣壓一般在10的-3次方Pa及以上，屬于高真空鍍膜。在真空鍍膜中，光學元件表面需要保證很潔凈，所以對于加工時的真空腔中也需要很高的潔凈度，當前，獲得潔凈真空環境的方式一般是采用抽真空的方法，常用油擴散泵、分子泵或者冷凝泵來抽取真空，獲得高真空環境。油擴散泵需要冷卻水和前級泵，體積大，能耗高，會給鍍膜過程產生污染，分子泵通常需要前級泵來輔助工作，價格昂貴，相比之下，冷凝泵不會產生污染，不需要前級泵，效率高，可靠性好，因此*適合做光學真空鍍膜。常見的真空鍍膜機內部腔室如下圖所示：在真空鍍膜中，膜料需要被加熱到氣態的狀態，然后沉積到基底表面，形成膜層。根據鍍制方式的不同，可以分為熱蒸發加熱、濺射法加熱和離子鍍三種類型。熱蒸發加熱通常采用電阻絲或者高頻感應的方法來加熱坩堝，使坩堝中的膜料受熱氣化蒸發出來，形成鍍膜。濺射法加熱又分為離子束濺射加熱和磁控濺射加熱兩類方式，離子束濺射加熱是通過離子槍發射離子束，離子束以一定的入射角度轟擊靶材并濺射出其表層的原子，后者沉積到基底表面即形成薄膜。離子束濺射的主要缺點是轟擊到靶面的面積太小，沉積速率一般較低。磁控濺射加熱指電子在電場的作用下加速飛向基片，在這個過程中電子與氬氣原子發生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片，氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材，靶材中呈中性的靶原子沉積在基片上成膜。磁控濺射的特點是成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實現大面積鍍膜。離子鍍是指利用氣體放電使氣體或被蒸發物質部分電離，并在氣體離子或被蒸發物質離子的轟擊下，將蒸發物質沉積在基片上的方法。離子鍍是真空蒸發與濺射技術的結合，綜合了蒸發與濺射工藝的優點，可為復雜膜系的工件做鍍膜。
4 結語
在本文中，我們首先對光學薄膜的基本原理做了介紹，通過設定薄膜的層數、厚度和不同膜層之間的折射率差異，可以實現光束在膜層間的干涉，從而獲得需要的膜層功能。本文接著介紹了常用的膜系設計軟件，以使大家對膜系設計有初步的了解。文章的第三部分，我們對鍍膜技術做了詳細的介紹，重點闡述了實際中應用較多的真空鍍膜技術。
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。
卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
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