光學(xué)鍍膜

鍍膜是用物理或化學(xué)的方法在材料表面鍍上一層透明的電解質(zhì)膜，或鍍一層金屬膜，目的是改變材料表面的反射和透射特性。

在可見光和紅外線波段范圍內(nèi)，大多數(shù)金屬的反射率都可達到78%~98%，但不可高于98%。無論是對于CO₂激光，采用銅、鉬、硅、鍺等來制作反射鏡，采用鍺、砷化鎵、硒化鋅作為輸出窗口和透射光學(xué)元件材料，還是對于YAG激光采用普通光學(xué)玻璃作為反射鏡、輸出鏡和透射光學(xué)元件材料，都不能達到全反射鏡的99%以上要求。不同應(yīng)用時輸出鏡有不同透過率的要求，因此必須采用光學(xué)鍍膜方法。

對于CO₂激光燈中紅外線波段，常用的鍍膜材料有氟化釔、氟化鐠、鍺等；對于YAG激光燈近紅外波段或可見光波段，常用的鍍膜材料有硫化鋅、氟化鎂、二氧化鈦、氧化鋯等。除了高反膜、增透膜之外，還可以鍍對某波長增反射、對另一波長增透射的特殊膜，如激光倍頻技術(shù)中的分光膜等。

光的干涉在薄膜光學(xué)中廣泛應(yīng)用。光學(xué)薄膜技術(shù)的普遍方法是借助真空濺射的方式在玻璃基板上涂鍍薄膜，一般用來控制基板對入射光束的反射率和透過率，以滿足不同的需要。為了消除光學(xué)零件表面的反射損失，提高成像質(zhì)量，涂鍍一層或多層透明介質(zhì)膜，稱為增透膜或減反射膜。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，對膜層的反射率和透過率有不同的要求，促進了多層高反射膜和寬帶增透膜的發(fā)展。為各種應(yīng)用需要，利用高反射膜制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉濾光片等。

光學(xué)零件表面鍍膜后，光在膜層層上多次反射和透射，形成多光束干涉，控制膜層的折射率和厚度，可以得到不同的強度分布，這是干涉鍍膜的基本原理。

常見的光學(xué)鍍膜材料有以下幾種：

1、氟化鎂

材料特點：無色四方晶系粉末，純度高，用其制備光學(xué)鍍膜可提高透過率，不出崩點。

2、二氧化硅

材料特點：無色透明晶體，熔點高，硬度大，化學(xué)穩(wěn)定性好。純度高，用其制備高質(zhì)量Si0₂鍍膜，蒸發(fā)狀態(tài)好，不出現(xiàn)崩點。按使用要求分為紫外、紅外及可見光用。

3、氧化鋯

材料特點 白色重質(zhì)結(jié)晶態(tài)，具有高的折射率和耐高溫性能，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，純度高，用其制備高質(zhì)量氧化鋯鍍膜，不出崩點。

光學(xué)薄膜在高真空度的鍍膜腔中實現(xiàn)。常規(guī)鍍膜工藝要求升高基底溫度(通常約為300℃)；而較先進的技術(shù)，如離子輔助沉積(IAD)可在室溫下進行。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展示一個操作者正在光學(xué)鍍膜機前。抽真空主系統(tǒng)由兩個低溫泵組成。電子束蒸發(fā)、IAD沉積、光控、加熱器控制、抽真空控制和自動過程控制的控制模塊都在鍍膜機的前面板上。圖19.12示出裝配在高真空鍍膜機基板上的硬件布局。兩個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)，同時繞其自身軸旋轉(zhuǎn)。光控和晶控處于行星驅(qū)動機械裝置的中部，驅(qū)動軸遮擋晶控。背面的大開口通向附加的高真空泵?；准訜嵯到y(tǒng)由4個石英燈組成，真空室的兩邊各兩個。

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)中原子的能量僅約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的膜增加活化能，通常為50eV量級。離子源將束流從離子槍指向基底表面和正在生長的薄膜來改善傳統(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，則薄膜會含有微孔。當(dāng)薄膜暴露于潮濕的空氣時，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，這里不作討論。其共同點是材料蒸發(fā)時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，反過來造成薄膜光譜特性向長波方向的漂移。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。

根據(jù)電磁學(xué)的基本理論里，提到對于不同介質(zhì)的透射與反射。

若是由介質(zhì) n₁垂直入射至 n₂

反射率=[ (n₂－n₁) / (n₁ n₂) ]^2

穿透率=4n₁n₂ / (n₁ n₂)^2

范例講解：

若是空氣的折射率是 1.0 ，鍍膜的折射率nc (例如：1.5) ，玻璃的折射率n (例如：1.8)（1）由空氣直接進入玻璃

穿透率= 4×1.0×1.8 / ( 1 1.8 )²=91.84%

（2）由空氣進入鍍膜后再進入玻璃穿透率=[ 4×1.0×1.5 / ( 1 1.5 )²] × [ 4×1.5×1.8 / ( 1.5 1.8 )²]=95.2%

可見有鍍膜的玻璃會增加透光度。此外由此公式，我們可以計算光線穿透鏡片的兩面，發(fā)現(xiàn)即使一片完美的透鏡（折射率1.8），其透光度約為85%左右。若加上一層鍍膜（折射率1.5），則透光度可達91%?？梢姽鈱W(xué)鍍膜的重要性。

我們已經(jīng)知道透光度與鍍膜的折射率有關(guān)，但是卻無關(guān)于它的厚度?？墒俏覀?nèi)裟茉阱兡さ暮穸壬舷曼c功夫，會發(fā)現(xiàn)反射光A與反射光B相差 n_c×2D 的光程差。如果

n_c×2D=（N 1/2）λ 其中 N= 0,1,2,3,4,5..... λ為光在空氣中的波長

則會造成該特定波長的反射光有相消的效應(yīng)，因此反射光的顏色會改變。

例如，鍍膜的厚度若造成綠色光的相消，則反射光會呈現(xiàn)紅色的。市面上許多看似紅色鏡片的望遠鏡都是用這個原理制作的。盡管如此，透射光卻沒有偏紅的現(xiàn)象。

在許多復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)里，反射光的抑制是十分重要的功課。因此一組鏡片之間，會利用不同的鍍膜厚度來消去不同頻率的反射光。所以越高級的光學(xué)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)反射光的顏色也會越多。

一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機專利目的

《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠的能在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機。

一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機技術(shù)方案

《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》通過如下技術(shù)方案解決：一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機，包括爐體、轉(zhuǎn)軸、工件轉(zhuǎn)架、轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)、晶振探頭和膜厚控制儀主機，所述爐體由爐壁、爐體底盤和爐體頂板組成，轉(zhuǎn)軸豎向安裝在爐體中部，上、下端分別與所述爐體頂板、爐體底盤密封安裝，轉(zhuǎn)軸上端穿出所述爐體頂板，膜厚控制儀主機位于所述爐體頂板上方安裝在所述轉(zhuǎn)軸上端，工件轉(zhuǎn)架安裝在所述轉(zhuǎn)軸上位于爐體內(nèi)部，晶振探頭安裝在所述工件轉(zhuǎn)架上，其電導(dǎo)線和信號線密封穿出所述爐體與所述膜厚控制儀主機相連，其冷卻水回路密封穿出所述爐體與連接外部供回水系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)接頭相連，轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)從爐體外部與所述轉(zhuǎn)軸相連驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，所述工件轉(zhuǎn)架、膜厚控制儀主機及晶振探頭隨所述轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動；

所述轉(zhuǎn)軸的上部和下部內(nèi)部均有中空的腔體，所述晶振探頭的電導(dǎo)線和信號線從所述轉(zhuǎn)軸的上部的所述中空的腔體中密封穿出所述爐體，所述冷卻水回路從所述轉(zhuǎn)軸的下部的所述中空的腔體中密封穿出所述爐體，即實現(xiàn)水電的分開傳送，有利于簡化2014年7月之前技術(shù)中電路、水路同處進出混雜密集的結(jié)構(gòu)，以便提高可靠性降低故障率。

所述轉(zhuǎn)軸由從下向上依次相連的下傳動軸、向上傳動連接件、萬向聯(lián)軸器、上延伸轉(zhuǎn)軸和上傳動軸組成，所述中空的腔體位于所述下傳動軸和上傳動軸內(nèi)部，所述工件轉(zhuǎn)架安裝在所述下傳動軸上，所述轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)與所述下傳動軸穿出所述爐體底盤的下端相連，轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)直接驅(qū)動下傳動軸和工件轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動，有利于提高工件轉(zhuǎn)架的運動穩(wěn)定性且振動小，同時利用萬向聯(lián)軸器向上傳動，萬向聯(lián)軸器保證上、下傳動軸同步轉(zhuǎn)動的同時可自動適應(yīng)上、下傳動軸對中的偏差。

所述下傳動軸內(nèi)部的中空的腔體靠近其上端面的一段直徑增大，為擴大腔，所述向上傳動連接件的底面密封地固定在所述下傳動軸的上端面上，所述向上傳動連接件的底面具有伸入所述擴大腔的分隔環(huán)，所述下傳動軸內(nèi)部的中空的腔體中設(shè)置有一根進水管，所述進水管外壁與所述下傳動軸內(nèi)部的中空的腔體的內(nèi)壁之間形成環(huán)形回水道，所述進水管的上端伸入所述分隔環(huán)內(nèi)部，其外壁與所述分隔環(huán)的內(nèi)壁之間通過動密封結(jié)構(gòu)相連，使在所述分隔環(huán)內(nèi)部形成進水腔，并在所述擴大腔與所述分隔環(huán)之間形成回水腔，所述向上傳動連接件上還開有分別與所述進水腔和所述回水腔連通的兩個通道，并通過這兩個通道分別與所述晶振探頭的進水管路和回水管路相連，所述進水管的下端及所述下傳動軸內(nèi)部的中空的腔體的下端口與所述旋轉(zhuǎn)接頭相連。

所述動密封結(jié)構(gòu)由從上至下依次設(shè)置的壓墊、動密封、傳動隔圈、深溝球軸承、傳動隔圈、動密封、壓墊組成，該動密封結(jié)構(gòu)上端由位于所述分隔環(huán)內(nèi)壁上的環(huán)形凸緣、下端由安裝在所述分隔環(huán)開口端內(nèi)壁的壓緊塞壓緊在所述分隔環(huán)內(nèi)部。

所述轉(zhuǎn)軸驅(qū)動機構(gòu)由電機和同步輪傳動機構(gòu)組成，該傳動方式傳動平穩(wěn)防震，有利于提高監(jiān)控的精確性和重復(fù)性。

所述膜厚控制儀主機的電源端通過銅環(huán)-碳刷機構(gòu)與外電相連，所述銅環(huán)-碳刷機構(gòu)具有三個銅環(huán)和三個碳刷，三個所述銅環(huán)圍繞所述上傳動軸同心設(shè)置，三個所述碳刷與三個所述銅環(huán)一一相對，碳刷在其后端彈簧的彈力作用下前端抵在所述銅環(huán)上；

所述銅環(huán)安裝在所述上傳動軸上隨上傳動軸同步轉(zhuǎn)動，所述碳刷位置固定地安裝在所述爐體頂板上方，所述膜厚控制儀主機的電源端與所述銅環(huán)相連，通過所述碳刷與外電相連；

或所述碳刷安裝在所述上傳動軸上隨上傳動軸同步轉(zhuǎn)動，所述銅環(huán)位置固定地安裝在所述爐體頂板上方且與之絕緣，所述膜厚控制儀主機的電源端與所述碳刷相連，通過所述銅環(huán)與外電相連。

膜厚控制儀主機通過銅環(huán)-碳刷機構(gòu)供電，取代了電池供電的方式，無需定期更換電池，使膜厚控制儀主機可長時間連續(xù)工作。

所述銅環(huán)和碳刷由一安裝在所述爐體頂板上的保護罩罩住。

所述膜厚控制儀主機通過WiFi無線傳輸模塊與位于爐體附近的計算機通訊。

所述下傳動軸通過下傳動軸座安裝在所述爐體底盤上，所述下傳動軸座呈兩端開口的筒狀，套裝在所述下傳動軸上，外壁上具有徑向向外延伸的環(huán)形凸緣，并通過該環(huán)形凸緣與所述爐體底盤中部開孔的邊緣密封固定，所述下傳動軸座內(nèi)壁靠近其上端開口處具有一環(huán)形凸緣，該環(huán)形凸緣上具有一推力軸承，所述推力軸承由所述下傳動軸外壁上的一凸出結(jié)構(gòu)壓裝在其下方的所述環(huán)形凸緣上，所述下傳動軸座內(nèi)部環(huán)形凸緣的下方從上至下依次設(shè)置有墊圈、動密封、下傳動隔圈、深溝球軸承、支承套筒、深溝球軸承、下傳動隔圈、動密封，并在所述下傳動軸座的下端開口處通過下傳動軸座壓蓋將上述各部件壓緊在所述下傳動軸座的內(nèi)腔中，保證下傳動軸與所述下傳動軸座之間實現(xiàn)真空密封的同時還能實現(xiàn)輕巧靈活地轉(zhuǎn)動。

所述上傳動軸通過上傳動軸座安裝在所述爐體頂板上，所述上傳動軸座呈筒狀，筒底中部具有開孔，上傳動軸安裝在上傳動軸座內(nèi)部，下端從所述上傳動軸座筒底的開孔中穿出，上傳動軸座上端開口處具有水平的外翻邊，上傳動軸座通過所述外翻邊與所述爐體頂板中部開孔的邊緣密封固定，上傳動軸座的內(nèi)壁與所述上傳動軸的外壁之間從下至上依次設(shè)有深溝球軸承、傳動隔圈、動密封、傳動隔圈、深溝球軸承，這些部件下端支承在所述上傳動軸座的筒底上，上端內(nèi)、外兩側(cè)分別由位于所述上傳動軸外壁上的環(huán)形外部結(jié)構(gòu)和安裝在所述上傳動軸座上端開口處的軸承壓圈壓緊。

一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機改善效果

《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》具有如下有益效果：

1）《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》把晶振探頭的冷卻水回路及其電導(dǎo)線與信號線分開分別從爐體的下傳動軸和上傳動軸傳送，改變了集中在上傳動軸傳送的方式，水電分離傳送，簡化了之前上傳動軸龐雜的結(jié)構(gòu)，有利于提高設(shè)備的可靠性，降低故障率；

2）上、下傳動軸之間采用萬向聯(lián)軸器連接，萬向聯(lián)軸器可自動適應(yīng)上、下傳動軸對中的偏差，保證上、下傳動軸同步轉(zhuǎn)動；

3）轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動采用了電機和同步輪傳動機構(gòu)，通過同步輪和同步輪帶之間齒牙和齒槽精密嚙合的傳動方式傳動平穩(wěn)防震的特點，提高監(jiān)控的精確性和重復(fù)性；

4）《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》膜厚控制儀主機通過銅環(huán)-碳刷機構(gòu)與外電相連，取代電池供電方式，使膜厚控制儀主機可長時間連續(xù)工作，不用定期停機更換電池。

《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》涉及一種在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機，特別涉及一種具有隨工件運動的在位實時監(jiān)控膜厚裝置的全自動光學(xué)鍍膜機。

圖1為《一種隨工件運動的在位動態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機》較佳實施例的真空光學(xué)鍍膜機的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中真空光學(xué)鍍膜機A部分的放大圖；

圖3為圖1中真空光學(xué)鍍膜機C部分的放大圖；

圖4為圖1中真空光學(xué)鍍膜機B部分的放大圖。