增透膜(英语:Anti-reflective coating,AR)是一种表面光学镀层,它通过减少的反射以增加透过率。在复杂的光学系统中,它可以通过减少系统中的散射光来提高对比度,例如望远镜,这对天文学十分重要。其他方面,增透膜能减少暗处双筒望远镜的闪光。

没有镀膜的眼镜镜片(上方)比镀上增透模的眼镜镜片反射更多光波。特别注意到镀膜的眼镜镜片的反射带有些许颜色。

很多涂层都包括了折射率不同的透明薄膜结构。薄膜的厚度决定其作用的反射光波长。当光线在增透膜上产生二次反射时,会和原反射光发生干涉,从而减弱反射光。而根据能量守恒,光的能量不变。因此当反射光减少时,透射光便增多。这就是增透膜的原理。一般,选择增透膜时需确定波长,如红外线,可见光以及紫外线。

制造工艺

涂层材料

氟化钙 氟化镁 氧化钛 硫化铅 硒化铅

乙烯基倍半硅氧烷杂化膜 金刚石薄膜

技术

真空镀膜 化学气相沉积 溶胶—凝胶法

应用

(视力)校正镜片

配镜师会在眼镜上镀上增透膜,以减少反射,让配戴者配戴后可以看的较清楚,其产生的炫光也会比较少,这对于夜间开车及在电脑萤幕前工作的人而言格外重要。炫光较少让配戴者比较不会疲倦。增透膜让让较多的光可以通过眼镜,增加视觉对比英语contrast (vision)也提升视力。

防反射的镜片和偏振片不同,偏振片会吸收太阳反射到物体表面(例如沙、水面及路面)的光。“防反射”一词是指避免镜片本身造成的光反射,不是避免由其他物体表面反射的太阳光。

许多增透膜还会有其他排斥脂肪的涂层,目的是为了方便清洗。防反射涂层特别适合用在高折射率的镜片。高折射率玻璃的增透膜比较便宜,也比较简单。

光刻

在微电子技术的光刻工艺中, 增透膜可以减少光斑的畸变。不同的增透膜适用不同的 光致抗蚀剂, 另外,也可以减少驻波,薄膜干涉以及镜面反射[1][2]

类型

折射率匹配

最简单的抗反射涂层形式是由瑞利男爵于 1886 年发现的。由于与环境发生化学反应,当时光学玻璃表面会随著时间而生成脏污页面存档备份,存于互联网档案馆)。 Rayleigh 测试了一些旧的、稍微脏污的玻璃片,惊讶地发现它们比新的、干净的玻璃片穿透更多的光。取代了空气-玻璃界面,脏污层形成了空气-脏污层界面与脏污层-玻璃界面。由于脏污层的折射率介于玻璃和空气之间,因此这两个界面中的反射量每一个都比空气-玻璃界面更少。事实上,这两个反射的总和小于仅是由空气-玻璃组成的界面反射,这可以从菲涅耳方程计算出来。

一种方法是使用渐变折射率 (graded-index, GRIN) 抗反射涂层,即折射率几乎连续变化的涂层。有了这些,就可以在宽频谱和不同入射角范围内减少反射。

单层膜

多层膜

吸收

蛾眼

飞蛾的眼睛有一个异常的特性:它们的表面覆盖著一层天然奈米结构薄膜页面存档备份,存于互联网档案馆),以消除反射。这使飞蛾不但能黑暗中能看得很清楚,并且也不会因为反射而暴露自己的位置给掠食者。该结构由六边形凸点图案组成,每个凸点约高 200 奈米,中心间隔为 300 奈米。这种抗反射涂层之所以有效,是因为凸点小于可见光波长,使得空气-眼睛组织介质对可见光而言具有连续的折射率梯度页面存档备份,存于互联网档案馆),进而有效地去除了空气-透镜界面反射。人类利用了此效应制造抗反射膜;这是一种仿生学页面存档备份,存于互联网档案馆)的应用。例如,佳能公司利用蛾眼技术在其次波长结构涂层中显著减少镜头光晕页面存档备份,存于互联网档案馆)。

这种结构也用于光学元件,例如,由氧化钨和氧化铁组成的蛾眼结构可用作光电极,用于分解水以产生氢气。该结构由数百微米大小的氧化钨球体组成,上面镀著数纳米的氧化铁层。

理论

反射

雷利膜

干扰层

可以认为使用中间层形成抗反射涂层类似于电信号的阻抗匹配技术。 (在光纤研究中使用了类似的方法,有时使用与折射率匹配的油来暂时消除全内反射,以便光可以耦合进或耦合出光纤。)理论上可以通过扩展来进一步减少反射该过程对几层材料,逐渐将每一层的折射率混合在空气的折射率和基材的折射率之间。

然而,实用的抗反射涂层依赖于中间层,不仅因为它直接降低反射系数,而且还利用了薄层的干扰效应。假设精确控制层的厚度,使其恰好是层中光波长的四分之一(λ/4 = λ0/(4n1),其中 λ0 是真空波长)。然后将该层称为四分之一波涂层。对于这种类型的涂层,当从第二个界面反射时,垂直入射光束 I 将比从第一个表面反射的光束传播其自身波长的一半,从而导致相消干涉。对于较厚的涂层(3λ/4、5λ/4 等)也是如此,但是在这种情况下,由于反射率对波长和入射角的依赖性更强,因此抗反射性能更差。

如果两个光束 R1 和 R2 的强度完全相等,它们将相消干涉并相互抵消,因为它们完全不同相。因此,没有来自表面的反射,并且光束的所有能量都必须在透射光线 T 中。在计算堆叠层的反射时,可以使用传递矩阵方法。

原理

许多涂层由透明的薄膜结构组成,具有交替的折射率不同的交替层。 选择层厚度以在从界面反射的光束中产生相消干涉(destructive interference),并在相应的透射光束中产生相长干涉(constructive interference)。

历史

参见

参考

  1. ^ Understanding bottom antireflective coatings页面存档备份,存于互联网档案馆
  2. ^ Yet, Siew Ing. Investigation of UFO defect on DUV CAR and BARC process 5375. SPIE: 940–948. 2004 [2012-06-25]. doi:10.1117/12.535034. (原始内容存档于2017-06-02). 

外部链接