光學(xué)鍍膜鍍膜的折射率

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(jìn)入玻璃

穿透率= 4×1.0×1.8 / ( 1 1.8 )²=91.84%

（2）由空氣進(jìn)入鍍膜后再進(jìn)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(huì)增加透光度。此外由此公式，我們可以計(jì)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(dá)91%?？梢姽鈱W(xué)鍍膜的重要性。

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(dá)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(dá)到全反射鏡的99%以上要求。不同應(yīng)用時(shí)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(jìn)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(qiáng)度分布，這是干涉鍍膜的基本原理。

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(diǎn)功夫，會(huì)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(huì)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(huì)改變。

例如，鍍膜的厚度若造成綠色光的相消，則反射光會(huì)呈現(xiàn)紅色的。市面上許多看似紅色鏡片的望遠(yuǎn)鏡都是用這個(gè)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(huì)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(huì)越多。

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(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(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。

常見的光學(xué)鍍膜材料有以下幾種：

1、氟化鎂

材料特點(diǎn)：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(diǎn)。

2、二氧化硅

材料特點(diǎn)：無色透明晶體，熔點(diǎn)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(diǎn)。按使用要求分為紫外、紅外及可見光用。

3、氧化鋯

材料特點(diǎn) 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(diǎn)。

一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)專利目的

《一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)》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(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)。

一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)技術(shù)方案

《一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)》通過如下技術(shù)方案解決：一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)，包括爐體、轉(zhuǎn)軸、工件轉(zhuǎn)架、轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、晶振探頭和膜厚控制儀主機(jī)，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(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)從爐體外部與所述轉(zhuǎn)軸相連驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述工件轉(zhuǎn)架、膜厚控制儀主機(jī)及晶振探頭隨所述轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；

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(shí)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(jìn)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(dòng)軸、向上傳動(dòng)連接件、萬向聯(lián)軸器、上延伸轉(zhuǎn)軸和上傳動(dòng)軸組成，所述中空的腔體位于所述下傳動(dòng)軸和上傳動(dòng)軸內(nèi)部，所述工件轉(zhuǎn)架安裝在所述下傳動(dòng)軸上，所述轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述下傳動(dòng)軸穿出所述爐體底盤的下端相連，轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)下傳動(dòng)軸和工件轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)，有利于提高工件轉(zhuǎn)架的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性且振動(dòng)小，同時(shí)利用萬向聯(lián)軸器向上傳動(dòng)，萬向聯(lián)軸器保證上、下傳動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)可自動(dòng)適應(yīng)上、下傳動(dòng)軸對中的偏差。

所述下傳動(dòng)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(kuò)大腔，所述向上傳動(dòng)連接件的底面密封地固定在所述下傳動(dòng)軸的上端面上，所述向上傳動(dòng)連接件的底面具有伸入所述擴(kuò)大腔的分隔環(huán)，所述下傳動(dòng)軸內(nèi)部的中空的腔體中設(shè)置有一根進(jìn)水管，所述進(jìn)水管外壁與所述下傳動(dòng)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(jìn)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(dòng)密封結(jié)構(gòu)相連，使在所述分隔環(huán)內(nèi)部形成進(jìn)水腔，并在所述擴(kuò)大腔與所述分隔環(huán)之間形成回水腔，所述向上傳動(dòng)連接件上還開有分別與所述進(jìn)水腔和所述回水腔連通的兩個(gè)通道，并通過這兩個(gè)通道分別與所述晶振探頭的進(jìn)水管路和回水管路相連，所述進(jìn)水管的下端及所述下傳動(dòng)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(dòng)密封結(jié)構(gòu)由從上至下依次設(shè)置的壓墊、動(dòng)密封、傳動(dòng)隔圈、深溝球軸承、傳動(dòng)隔圈、動(dòng)密封、壓墊組成，該動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)和同步輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，該傳動(dòng)方式傳動(dòng)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(jī)的電源端通過銅環(huán)-碳刷機(jī)構(gòu)與外電相連，所述銅環(huán)-碳刷機(jī)構(gòu)具有三個(gè)銅環(huán)和三個(gè)碳刷，三個(gè)所述銅環(huán)圍繞所述上傳動(dòng)軸同心設(shè)置，三個(gè)所述碳刷與三個(gè)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(dòng)軸上隨上傳動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)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(dòng)軸上隨上傳動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)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(jī)通過銅環(huán)-碳刷機(jī)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(jī)可長時(shí)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(hù)罩罩住。

所述膜厚控制儀主機(jī)通過WiFi無線傳輸模塊與位于爐體附近的計(jì)算機(jī)通訊。

所述下傳動(dòng)軸通過下傳動(dòng)軸座安裝在所述爐體底盤上，所述下傳動(dòng)軸座呈兩端開口的筒狀，套裝在所述下傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)密封、下傳動(dòng)隔圈、深溝球軸承、支承套筒、深溝球軸承、下傳動(dòng)隔圈、動(dòng)密封，并在所述下傳動(dòng)軸座的下端開口處通過下傳動(dòng)軸座壓蓋將上述各部件壓緊在所述下傳動(dòng)軸座的內(nèi)腔中，保證下傳動(dòng)軸與所述下傳動(dòng)軸座之間實(shí)現(xiàn)真空密封的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)輕巧靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)。

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

一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)改善效果

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

1）《一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)》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(dòng)軸和上傳動(dòng)軸傳送，改變了集中在上傳動(dòng)軸傳送的方式，水電分離傳送，簡化了之前上傳動(dòng)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(dòng)軸之間采用萬向聯(lián)軸器連接，萬向聯(lián)軸器可自動(dòng)適應(yīng)上、下傳動(dòng)軸對中的偏差，保證上、下傳動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；

3）轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)采用了電機(jī)和同步輪傳動(dòng)機(jī)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(dòng)方式傳動(dòng)平穩(wěn)防震的特點(diǎn)，提高監(jiān)控的精確性和重復(fù)性；

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

《一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)》涉及一種在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)，特別涉及一種具有隨工件運(yùn)動(dòng)的在位實(shí)時(shí)監(jiān)控膜厚裝置的全自動(dòng)光學(xué)鍍膜機(jī)。

圖1為《一種隨工件運(yùn)動(dòng)的在位動(dòng)態(tài)監(jiān)控膜厚的真空光學(xué)鍍膜機(jī)》較佳實(shí)施例的真空光學(xué)鍍膜機(jī)的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中真空光學(xué)鍍膜機(jī)A部分的放大圖；

圖3為圖1中真空光學(xué)鍍膜機(jī)C部分的放大圖；

圖4為圖1中真空光學(xué)鍍膜機(jī)B部分的放大圖。