介质反射膜

介质反射膜的反射原理是基于光的电磁波理论。当光从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的折射率不同，光会发生折射。当光的折射角达到一定值时，光就会在介质与空气的交界面发生反射。介质反射膜就是利用这个原理，通过控制薄膜的厚度和折射率，实现对特定波长光的反射。制备过程中，需要选取合适的材料和工艺。常见的介质材料有二氧化硅、氮化硅、氟化镁等，这些材料具有不同的折射率和附着力。制备过程中可以采用化学气相沉积、物理气相沉积等方法，通过控制沉积温度、气体流量等参数，得到具有所需厚度和折射率的薄膜。

介质反射膜在光学领域有着广泛的应用。它可以用于光学滤波器、光学镜头等，提高光学系统的性能和稳定性。此外，介质反射膜还可以用于太阳能电池、光纤通信等领域。例如，在太阳能电池中，介质反射膜可以减少光的吸收损失，提高太阳能电池的转化效率。在光纤通信中，介质反射膜可以作为光信号的反射器，实现光信号在不同光纤之间的传输。

    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

    介质膜基本是一维光子晶体形成了一个带隙，在这个带隙内光不支持传播就发生全反射了。要区别介质膜反射镜和金属反射镜，我们首先讨论一下单纯的介质和金属的区别是什么。

    在电磁波传播中决定电磁波传播性质的就是介电常数，介电常数的实部对应于光传播时候的电场振幅的比例，而虚部则对应于光的能量损耗。

    金属和介质最大的区别在于，金属的介电常数可以用Drude模型描述，一般是一个负的实部和比较大的虚部；而介质的介电常数则一般是一个正的实部。

    既然金属有比较大的虚部，就会导致有损耗，光在经过金属反射的时候就会被吸收，反射率可能只达到98、99；而介质则不会，因此特定条件下，反射率能达到真正的百分百。

    空气也是一种介质，空气入射介质发生反射，由于是介质（介电常数较小）到光密介质（介电常数较大）有半波损失，导致电磁波震荡损失一个相位；而空气入射金属时理想情况发生反射必定会产生相位差。

    那么，多层膜的反射又是怎么回事呢？

    介质膜反射镜是将一系列介电常数有区别的介质周期性堆叠在一起，在普通的均匀介质里，频率和波长的乘积是光速，这就是所谓的色散关系。周期性边界条件导致色散关系在倒空间（坐标以为量度）中被折叠，并且因为在布里渊区的边界上散射比较强，就会打开带隙。

    因此，以这个频率入射的光，直接就被结构反射出去了。这样的反射依旧继承了介质的优势——不会吸收。

    为什么要采用这样的结构呢？

    首先，是覆盖的波长范围是可设计的，而金属由于本身的原子性质（介电常数），所对应的反射波段是固定的；

    其次，由于完全不吸收，只要层数足够，反射率就极高。但是这种结构也有缺陷：①介质膜反射镜会很厚；②角度依赖很强；③介质膜反射镜成本会较高，而金属膜反射镜则没有这个要求。所以在反射的波段要求、热效应要求不高的情况下，选择金属反射镜更加合适。

介质膜曲线：

一般指标：R>99.5%@可见光或指定波段

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。