金属反射膜

金属反射膜通常是由金属薄膜制成的，具有高反射率和低吸收率的特性。这种材料可以用于制造反光镜、光学滤波器、激光器等光学器件。制备方法有很多种，其中最常用的是真空蒸镀法。这种方法是将金属材料加热至高温，使其蒸发并沉积在基底上形成薄膜。制备过程中需要控制温度、压力和蒸发速率等参数，以保证薄膜的质量和性能。反射率与金属材料的种类、厚度和表面形态等因素有关。一般来说，金属材料的反射率随着波长的增加而降低，而薄膜厚度的增加则会提高反射率。此外，金属薄膜的表面形态也会影响反射率，因为表面粗糙度会导致光的散射和吸收。

金属反射膜的应用非常广泛。在反光镜中，金属薄膜可以反射光线，使得人们可以看到镜中的景象。在光学滤波器中，金属薄膜可以选择性地反射或透过特定波长的光线，从而实现光谱分析。在激光器中，金属反射膜可以用于制备反射镜，控制激光的输出方向和波长。

    功能：它的功能是增加光学表面的反射率。

    类别：反射膜一般可分为两大类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有把两者结合起来的金属电介质反射膜。 

    金属反射膜：一般金属都具有较大的消光系数，当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。

    介质反射膜：电介质反射膜是建立在多光束干涉基础上的。与增透膜相反，在光学表面上镀一层折射率高于基体材料的薄膜，就可以增加光学表面的反射率。最简单的多层反射是由高、低折射率的二种材料交替蒸镀而成的,每层膜的光学厚度为某一波长的四分一。在这种条件下，参加叠加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着薄膜层数的增加而增加

金属反射膜

    在光学薄膜中，高反射膜和减反射膜几乎同样重要。高反射膜是把入射光能量大部分或几乎全部反射回去的光学元件。有些反射镜要求具有足够高的反射率，而对膜的吸收率和透射率无要求，它们可以用单纯的金属膜就能满足常用的要求。在某些应用中，如果要求的反射率高于金属膜所能达到的数值，则可在金属膜上加镀额外的介质层，以提高它们反射率。还有一些反射镜不但要求有大的反射率，而且要求有最小的吸收率，这类反射镜多用全介质多层反射膜。

    镀制金属反射膜常用的材料有铝（Al）、银（Ag）、金（Au）等，它们的光谱反射率曲线表示在图3-7上。铝膜是从紫外区到红外区都具有很高反射率的唯一材料，同时铝膜表面在大气中能生成一层薄薄的氧化铝（AlOg）膜，起到保护膜层的功效，所以膜层比较牢固、稳定。由于上述原因，铝膜的应用非常广泛。银膜在可见光区和红外区都有很高的反射率，而且在倾斜使用时引入的偏振效应也最小。但是蒸发的银膜用作前表面镜镀层时却因下列两个原因受到严重的限制∶它与玻璃基片的黏附性很差;易受到硫化物的影响而失去光泽。有人曾试图使用蒸发的一氧化硅或氟化镁作为保护膜，但由于它们与银的黏附性很差，没有获得成功。所以通常仅用于短期作用的场合或作为后表面镜的镀层。金膜在红外区的反射率很高，它的强度和稳定性比银膜好，所以常用它作为红外反射镜。金膜与玻璃基片的附着性较差，为此常用铬膜作为衬底层。如果在金膜的沉积过程中，辅之以离子束轰击，则可显著提高金膜与基片的附着力。

常见金属膜反射率曲线

    由于多数金属膜都比较软，容易损坏，所以常常在金属膜外再加镀一层保护膜。这样既能改进强度，又能保护金属膜不受大气侵蚀。镀了保护膜后，反射镜的反射率或多或少会有所下降，保护膜的折射率越高，反射率下降得越多。最常用的保护膜是一氧化硅，此外，氧化铝（Al2O3）也常作为铝保护膜。Al2O3;可以用电子束真空蒸发，或对铝膜进行阳极氧化来制备。经阳极氧化保护的铝镜，机械强度非常好。

分类：

    反射膜分为介质高反膜和金属高反膜；

    其中金属高反膜常见的有

    增强铝：R>90%@400-700nm

    保护铝：R>87%@400-1200nm

    紫外保护铝：R>80%@250-700nm

    保护银：R>95%@400-12000nm

    增强银：R>98.5%@700-1100nm

    保护金：R>98%@2000-12000nm；

    金属膜都是针对宽带的波段，且没有入射角限制，但反射率相对较低；相对于金属膜，介质膜一般针对单点波长，也可以针对宽带的波段，但在保证反射率的情况下，带宽一般比较窄，通常在300-400nm左右，且有入射角限制，反射率通常可以做到99%以上，甚至更高。例如HR@532nm，R>99.8%，AOI=45°；或者HR@400-700nm，R>99.5%，AOI=45°，当然除此之外也可以做其他单一角度或者宽入射角（如0-45°），但反射率也会有相应的变化。

常见的几种金属镀膜

    1）保护铝：在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用铝（和银）

R>88%@可见光区

2）保护银，红外区常用金、银

＞95%可见光区

＞98%微米红外区

3）保护金 ：在0.65微米后的红外光区具有非常高的反射率

＞95%0.65-2微米

＞98%2-12微米红外光区

高反射膜

金属镜(Metallic Mirror)

    成本较低，反射波段较宽。

    一般用于反射率要求不是特别高，但是波段很宽的应用。

    因为存在部分吸收，因此限制了其在激光领域的应用。

全介质反射镜(Dielectric HR coatings )

    成本较高，反射波段较窄。

    反射率可以做到很高。

    反射波段范围有限，如加大反射波段范围，膜层镀制难度将提高。

    膜层较厚，应力较大，存在膜层脱落风险。

镀膜基片

    指在什么材质上镀膜。基底往往是使用环境和用途决定。常见的镀膜基底选择？ 如气体分析保护金多用氟化钙基底，普通反射镜用浮法玻璃，激光腔镜用硅基底，红外滤光片多用硅锗，可见及近红外多是玻璃，无氧铜多是镍和金等。

    氟化钙，氟化钡，氟化镁，蓝宝石，锗，硅，硫化锌，硒化锌，硫系玻璃，N-BK7,熔融石英等

镀膜材料

    附着在基底上的起到透射，反射，分光等作用的材料，可能是光学材料如硫化锌、氟化镁等，也可能是金属，如铝金等。目前成熟大批量光学镀膜材料多是颗粒状或是药片状，也有整块晶体镀膜靶材；金属镀膜材料多是丝及块状；基底，用途，和镀膜指标决定用什么镀膜材料。

光学镀膜概念及原理

    镀膜是用物理或化学的方法在材料表面镀上一层透明的电解质膜，或镀一层金属膜，目的是改变材料表面的反射和透射特性，达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。常用的镀膜法有真空镀膜(物理镀膜的一种)和化学镀膜。光学零件表面镀膜后，光在膜层层上多次反射和透射，形成多光束干涉，控制膜层的折射率和厚度，可以得到不同的强度分布，这是干涉镀膜的基本原理。

光学薄膜分类：

    增透膜：硅、锗、硫化锌、硒化锌等基底较多，氟化物较为少见。

    单波长、双波长、宽带

    反射膜：分介质与金属反射膜，金属反射膜一般为镀金加保护层。

    半反射、单波长、双波长、宽带

    硬碳膜 :也叫DLC膜，一般镀在硅、锗、硫系玻璃外表面，做保护/增透作用， 产品另一侧一般要求镀增透膜。 

    分光膜 :有些要求特定入射角情况下，可见光波段反射，红外波段透过，多用于光谱分析中。

    45度分光片、双色分束、偏振分束片&棱镜

    滤光膜：宽带、窄带

    激光晶体膜：YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03

    紫外膜-增透：193/248/266/308/340/355,铝反射180-400nm 

    红外膜：CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS

镀膜工序和设备

清洗设备：

    超声波清洗机：指清洗和烘干一体化的，可直接装盘镀膜。同时这个机器必须在洁净空间使用；

光学镜片的超声波清洗技术

    在光学冷加工中，镜片的清洗主要是指镜片抛光后残余抛光液、黏结剂、保护性材料的清洗；镜片磨边后磨边油、玻璃粉的清洗；镜片镀膜前手指印、口水以及各种附着物的清洗。

    传统的清洗方法是利用擦拭材料（纱布、无尘纸）配合化学试剂（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段进行手工清擦。

这种方法费时费力，清洁度差，显然不适应现代规模化的光学冷加工行业。这迫使人们寻找一种机械化的清洗手段来代替。于是超声波清洗技术逐步进入光学冷加工行业并大显身手，进一步推动了光学冷加工业的发展。

    超声波清洗技术的基本原理，大致可以认为是利用超声场产生的巨大作用力，在洗涤介质的配合下，促使物质发生一系列物理、化学变化以达到清洗目的的方法。

    当高于音波（28～40khz）的高频振动传给清洗介质后，液体介质在高频振动下产生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互间的碰撞、合并、消亡的过程中，可使液体局部瞬间产生几千大气压的压强，如此大的压强使得周围的物质发生一系列物理、化学变化。

工艺流程：

等离子增强化学气相沉积 (PECVD)：

    是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。因为利用了等离子的活性来促进化学反应，PECVD可以在较低的温度下实现

等离子辅助气相沉积

    目前DLC膜常用制备方法。采用射频技术（RF-PACVD）将通入的气体（丁烷、氩气）离化，在极板自偏压（负）的吸引下，带正电的粒子向基板撞击，沉积在基板表面。