在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們使用蒸鍍有各種薄膜的西格瑪光機(jī)光學(xué)元件。

很多情況下，薄膜被蒸鍍?cè)趻伖獾牟ＡП砻?。光學(xué)實(shí)驗(yàn)中反射率，波長(zhǎng)特性，偏光特性等的很多必要的光學(xué)性能是通過(guò)鍍膜實(shí)現(xiàn)的。因此，為了充分發(fā)揮如反射鏡等元件的性能，都是將光線直接射入鍍有薄膜的一側(cè)使用的。

鍍膜大致分為金屬鍍膜和透明膜（電介質(zhì)膜）2種。

任何一種都可以用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)的反射鏡，但是反射機(jī)理是完全不同的，在使用方法或特性上也存在很多不同點(diǎn)。

金屬膜

在拋光的玻璃基板上蒸鍍鋁（Al）或金（Au）等金屬時(shí)，會(huì)成為反射率較高的西格瑪光機(jī)反射鏡。

此外，銀（Ag）鉑（Pt），或鉻（Cr）等金屬有時(shí)也可以用于反射鏡。

金屬膜能夠在非常寬的波長(zhǎng)譜區(qū)進(jìn)行反射，且具有反射率隨入射角度變化小的特征。

由于沒(méi)有反射的光線被金屬薄膜吸收，金屬薄膜的厚度稍微變厚時(shí)，光線將不能透過(guò)薄膜到達(dá)玻璃基板。

鋁膜

鋁膜在紫外到紅外譜區(qū)都具有高反射率，但非常容易氧化，特別是在紫外譜區(qū)具有不穩(wěn)定的特性。而且，容易受損傷，即使弄臟也不能擦拭表面。

因此，在鋁膜上附加保護(hù)膜，可以保護(hù)金屬膜并防止氧化或損傷。保護(hù)膜在特定的波長(zhǎng)譜區(qū)有保持反射率的效果，但在其它波長(zhǎng)譜區(qū)，有時(shí)反射率會(huì)降低。

與此相反，也有只在特定的波長(zhǎng)譜區(qū)增加反射率的特殊保護(hù)膜。

鉻膜

鉻膜或其合金（鉻鎳鐵合金）可以作為部分反射鏡的鍍膜使用。

鉻膜的反射率比鋁膜和金膜低，由于吸收較多而不被用于反射鏡，但在寬波長(zhǎng)譜區(qū)由于反射率和吸收率的變化較小，可以用于反射型的中性濾光片或分光鏡。

金膜

在可見(jiàn)光譜區(qū)具有黃色的波長(zhǎng)特性（藍(lán)色有吸收），但是在紅外譜區(qū)的非常寬廣的范圍內(nèi)具有較高的反射率。

由于只有金膜時(shí)不能很好地附著在玻璃表面，很容易剝落，所以一般首先蒸鍍鉻的底膜。

金膜柔軟很容易受損傷。在特定的波長(zhǎng)譜區(qū)使用時(shí)，可以蒸鍍金膜的保護(hù)膜。在整個(gè)紅外譜區(qū)使用時(shí)，經(jīng)常使用不鍍有保護(hù)膜的金膜。

請(qǐng)絕對(duì)不要用紙或布擦拭金膜。一旦受損傷將不能恢復(fù)。

金屬膜的反射率比較（參考數(shù)據(jù)）

電介質(zhì)膜

電介質(zhì)材料無(wú)色透明，沒(méi)有像金屬那樣大的反射或吸收。

如果選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)和膜厚，在西格瑪光機(jī)玻璃基板，薄膜和空氣的分界面會(huì)產(chǎn)生干涉效果，可以得到特定的透過(guò)率·反射率的波長(zhǎng)特性。

單層防反射膜

光線射入玻璃基板時(shí)，會(huì)產(chǎn)生4%左右的反射而造成透過(guò)率的損失。但是，通過(guò)在玻璃基板上蒸鍍比玻璃的折射率更低的電介質(zhì)膜，可以改變玻璃基板的反射率。

調(diào)節(jié)電介質(zhì)膜的厚度使其光程（折射率n×膜厚d）為λ/4時(shí)，可以相互抵消玻璃基板和電介質(zhì)膜，電介質(zhì)膜和空氣的分界面的反射，將反射率降到最低。

但是，由于折射率受到薄膜材料的限制，所以反射率不能完全為零。而且，由于受玻璃基板折射率的限制，所以并不是所有玻璃基板都能得到防反射效果。

單層電介質(zhì)防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

單層防反射膜（SLAR）反射率的波長(zhǎng)特性

多層防反射膜

由于單層膜材料的選擇范圍很小，而且玻璃基板會(huì)殘留一些反射。因此，通過(guò)重疊蒸鍍幾層薄膜，即使使用很少的薄膜材料也可以得到最佳的防反射效果。

此外，可以改變薄膜的構(gòu)成，制造出降低特定波長(zhǎng)的反射率的窄帶防反射膜（NMAR），或制造出在寬波長(zhǎng)譜區(qū)降低反射率的寬帶防反射膜（MLAR）。

多層電介質(zhì)防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

窄帶防反射膜（NMAR）反射率的波長(zhǎng)特性

寬帶防反射膜（BMAR）反射率的波長(zhǎng)特性

多層反射膜

在玻璃基板上交替重復(fù)地蒸鍍折射率較高的電介質(zhì)膜和折射率較低的電介質(zhì)膜時(shí)，可以得到反射率非常高的反射膜。

高折射率和低折射率的分界面會(huì)產(chǎn)生很少的反射。

由于每層的電介質(zhì)膜的厚度都調(diào)節(jié)為λ/4的光程（折射率n×膜厚d），在各層上反射的光線的相位相同，反射將相互合成加強(qiáng)。相反，經(jīng)過(guò)多重反射向透過(guò)方向前進(jìn)的光線則相互抵消變?yōu)榱恪?/span>

如果電介質(zhì)膜的層數(shù)足夠多，入射光線會(huì)逐漸減弱，變得幾乎不能透過(guò)。

衰減的光線將全部轉(zhuǎn)為反射光。由于電解質(zhì)膜沒(méi)有吸收，入射的光線將沒(méi)有損失，成為100%的反射光。

多層電介質(zhì)高防反射膜的結(jié)構(gòu)示意圖

多層電介質(zhì)膜（DML）的反射率的波長(zhǎng)特性

特殊薄膜

多層電介質(zhì)膜可以產(chǎn)生很多波長(zhǎng)特性，用于各種光學(xué)儀器。

另一方面，在最前沿的研究中，為了得到更好的光學(xué)性能，有的非常特殊的多層電介質(zhì)膜具有超過(guò)100層的薄膜構(gòu)造。

超寬帶反射鏡

如果是可見(jiàn)光譜區(qū)，幾十層的電介質(zhì)膜即可達(dá)到反射效果。但是如果波長(zhǎng)譜區(qū)包含從紫外到紅外區(qū)域時(shí)，需要將紫外，可見(jiàn)光，紅外譜區(qū)的3個(gè)以上的多層膜組合在一起。

因此，薄膜層數(shù)會(huì)變得極多，在制造方面也相應(yīng)地需要更加精湛的技術(shù)。

強(qiáng)激光用膜

將高能量脈沖激光射入多層電介質(zhì)膜時(shí)，薄膜的分界面上能量會(huì)變得極大，通常的薄膜會(huì)由于激光能量而被破壞。

因此，需要重新考慮薄膜結(jié)構(gòu)和薄膜材料，開(kāi)發(fā)不易受到激光損傷的特殊的多層膜。

飛秒激光用低分散膜

將飛秒激光射入寬譜區(qū)的多層電介質(zhì)膜時(shí)，透過(guò)薄膜的光程因波長(zhǎng)的不同而不同，因此產(chǎn)生色散。

飛秒激光用低分散膜的設(shè)計(jì)要求在薄膜中的光程不隨波長(zhǎng)的不同而改變，將色散降低到極小。而且，需要采用可以承受高能量的薄膜構(gòu)造。

復(fù)合膜

在多層電介質(zhì)膜中加入金屬膜，可以制造出前所未有的特性光學(xué)的元件。

因?yàn)槭菍⒍鄬与娊橘|(zhì)膜和金屬膜混合在一起，所以被稱為復(fù)合膜。

這種薄膜被用于寬帶無(wú)偏光分光鏡和帶通濾光片等。遺憾的是，由于金屬存在吸收，所以會(huì)產(chǎn)生少量的光量損失。

多層膜的特性

多層膜可以具有任意的反射率·透過(guò)率的波長(zhǎng)特性，但另一方面也受到很多制約。

入射角度的依賴性

在改變光線的入射角度時(shí)，多層膜的透過(guò)率·反射率的波長(zhǎng)特性會(huì)產(chǎn)生變化。

多層膜的各層薄膜的相對(duì)厚度，在射入傾斜光線時(shí)，光線通過(guò)薄膜中的光程會(huì)變長(zhǎng)。因此，入射角度為0度（垂直）時(shí)，透過(guò)率·反射率的波長(zhǎng)特性在最長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)，入射角度變大時(shí)，向較短波長(zhǎng)一側(cè)移動(dòng)。

這種現(xiàn)象被稱為多層膜的藍(lán)色移動(dòng)。

溫度的依賴性

電介質(zhì)膜的厚度和薄膜材料的折射率隨溫度的不同而變化，因此多層膜的透過(guò)率·反射率的波長(zhǎng)特性也隨之變化。由于溫度依賴性隨鍍膜的制造方法和薄膜材料的不同而不同，需要在薄膜的設(shè)計(jì)階段給予考慮。請(qǐng)事先通知使用環(huán)境和溫度變動(dòng)范圍。

耐候性

多層電介質(zhì)膜根據(jù)使用環(huán)境的不同，其光學(xué)特性有時(shí)會(huì)隨著時(shí)間而產(chǎn)生變化。

雖然有不同的制造方法和薄膜構(gòu)成，但長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫高濕的環(huán)境下時(shí)，薄膜都會(huì)膨脹，波長(zhǎng)特性也會(huì)產(chǎn)生一些變化。

像分色反射鏡或帶通濾光片那樣的透過(guò)率·反射率隨波長(zhǎng)不同變化劇烈的產(chǎn)品，特別需要注意。

光學(xué)元件在實(shí)驗(yàn)室或裝置中使用時(shí)，要保持常溫和低濕度狀態(tài)。不使用時(shí)，請(qǐng)保管在電子干燥箱®等干燥的保存箱中。

偏光特性

光學(xué)元件被用于0度（垂直射入）之外的入射角時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏光特性。

偏光特性有P偏光與S偏光的透過(guò)率·反射率的變化特性，和P偏光與S偏光的相位差的變化特性的2個(gè)特性。

相位差特性很難控制，在本產(chǎn)品目錄的鍍膜產(chǎn)品中不予保證。例如，45度方向的直線偏光射入鍍膜產(chǎn)品時(shí)，出射光的偏光狀態(tài)不再是45度的直線偏光，而是橢圓偏光。但是，不將P偏光和S偏光分開(kāi)時(shí)，考慮出射光的P偏光和S偏光的光量平均值時(shí)，其透過(guò)率·反射率的特性不會(huì)有特別影響。

以45度入射角度將光線射入無(wú)鍍膜的玻璃基板時(shí)，P偏光和S偏光的反射率是不同的。

鍍膜的每個(gè)薄膜分界面也一樣，P偏光和S偏光的反射率存在差異，對(duì)于多層膜，由于P偏光和S偏光透過(guò)率和反射率存在很大差異，其波長(zhǎng)特性也會(huì)受到影響。

因此，產(chǎn)品目錄的透過(guò)率·反射率的波長(zhǎng)特性曲線圖中顯示有P偏光和S偏光的特性。

即便圖中未顯示P偏光，S偏光的特性曲線的鍍膜光學(xué)元件也存在偏光特性，這時(shí)特性曲線圖顯示的是P偏光和S偏光的平均值。

由于激光之外的大部分光源為非偏光，因此可以使用P偏光和S偏光平均值的曲線圖。但是使用激光時(shí)，由于是直線偏光，取P偏光值還是取S偏光值，或是取兩者間的值需要根據(jù)偏光方向來(lái)決定。

特別是像分光反射鏡那樣的透過(guò)區(qū)域和反射區(qū)域在較窄的波長(zhǎng)譜區(qū)中發(fā)生轉(zhuǎn)換的鍍膜元件，S偏光和P偏光的從透過(guò)到反射的轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)是不同的。

S偏光·P偏光的定義

多層電介質(zhì)膜反射鏡的反射率的波長(zhǎng)特性

分色反射鏡的反射率的波長(zhǎng)特性

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