鍍膜七彩變色玻璃

光學(xué)薄膜在高真空度的鍍膜腔中實(shí)現(xiàn)。常規(guī)鍍膜工藝要求升高基底溫度(通常約為300℃)；而較先進(jìn)的技術(shù)，如離子輔助沉積(IAD)可在室溫下進(jìn)行。IAD工藝不但生產(chǎn)比常規(guī)鍍膜工藝具有更好物理特性的薄膜，而且可以應(yīng)用于塑料制成的基底。圖19.11展示一個(gè)操作者正在光學(xué)鍍膜機(jī)前。抽真空主系統(tǒng)由兩個(gè)低溫泵組成。電子束蒸發(fā)、IAD沉積、光控、加熱器控制、抽真空控制和自動(dòng)過(guò)程控制的控制模塊都在鍍膜機(jī)的前面板上。圖19.12示出裝配在高真空鍍膜機(jī)基板上的硬件布局。兩個(gè)電子槍源位于基板兩邊，周圍是環(huán)形罩并被擋板覆蓋。離子源位于中間，光控窗口在離子源的前方。圖19.13示出真空室的頂部，真空室里有含6個(gè)圓形夾具的行星系統(tǒng)。夾具用于放置被鍍膜的光學(xué)元件。使用行星系統(tǒng)是保證被蒸發(fā)材料在夾具區(qū)域內(nèi)均勻分布的首選方法。夾具繞公共軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)繞其自身軸旋轉(zhuǎn)。光控和晶控處于行星驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置的中部，驅(qū)動(dòng)軸遮擋晶控。背面的大開(kāi)口通向附加的高真空泵?；准訜嵯到y(tǒng)由4個(gè)石英燈組成，真空室的兩邊各兩個(gè)。

薄膜沉積的傳統(tǒng)方法一直是熱蒸發(fā)，或采用電阻加熱蒸發(fā)源或采用電子束蒸發(fā)源。薄膜特性主要決定于沉積原子的能量，傳統(tǒng)蒸發(fā)中原子的能量?jī)H約0.1eV。IAD沉積導(dǎo)致電離化蒸汽的直接沉積并且給正在生長(zhǎng)的膜增加活化能，通常為50eV量級(jí)。離子源將束流從離子槍指向基底表面和正在生長(zhǎng)的薄膜來(lái)改善傳統(tǒng)電子束蒸發(fā)的薄膜特性。

薄膜的光學(xué)性質(zhì)，如折射率、吸收和激光損傷閾值，主要依賴于膜層的顯微結(jié)構(gòu)。薄膜材料、殘余氣壓和基底溫度都可能影響薄膜的顯微結(jié)構(gòu)。如果蒸發(fā)沉積的原子在基底表面的遷移率低，則薄膜會(huì)含有微孔。當(dāng)薄膜暴露于潮濕的空氣時(shí)，這些微孔逐漸被水汽所填充。

填充密度定義為薄膜固體部分的體積與薄膜的總體積(包括空隙和微孔)之比。對(duì)于光學(xué)薄膜，填充密度通常為0.75～1.0，大部分為0.85～0.95，很少達(dá)到1.0。小于l的填充密度使所蒸發(fā)材料的折射率低于其塊料的折射率。

在沉積過(guò)程中，每一層的厚度均由光學(xué)或石英晶體監(jiān)控。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，這里不作討論。其共同點(diǎn)是材料蒸發(fā)時(shí)它們均在真空中使用，因而，折射率是蒸發(fā)材料在真空中的折射率，而不是暴露于潮濕空氣中的材料折射率。薄膜吸收的潮氣取代微孔和空隙，造成薄膜的折射率升高。由于薄膜的物理厚度保持不變，這種折射率升高伴有相應(yīng)的光學(xué)厚度的增加，反過(guò)來(lái)造成薄膜光譜特性向長(zhǎng)波方向的漂移。為了減小由膜層內(nèi)微孔的體積和數(shù)量所引起的這種光譜漂移，采用高能離子以將其動(dòng)量傳遞給正在蒸發(fā)的材料原子，從而大大增加材料原子在基底表面處凝結(jié)期間的遷移率。

鍍膜主要是為了減少反射。為了提高鏡頭的透光率和影像的質(zhì)量，在現(xiàn)代鏡頭制造工藝上都要對(duì)鏡頭進(jìn)行鍍膜。鏡頭的鍍膜是根據(jù)光學(xué)的干涉原理，在鏡頭表面鍍上一層厚度為四分之一波長(zhǎng)的物質(zhì)(通常為氟化物)，使鏡頭對(duì)這一波長(zhǎng)的色光的反射降至最低。顯然，一層膜只對(duì)一種色光起作用，而多層鍍膜則可對(duì)多種色光起作用。多層鍍膜通常采用不同的材料重復(fù)地在透鏡表面鍍上不同厚度的膜層。多層鍍膜可大大提高鏡頭的透光率，例如，未經(jīng)鍍膜的透鏡每個(gè)表面的反射率為5%，單層鍍膜后降至2%，而多層鍍膜可降至0．2%，這樣，可大大減少鏡頭各透鏡間的漫反射，從而提高影像的反差和明銳度。