隨著科技技術的發展和經濟全球化，當今人類已進入知（zhī）識經（jīng）濟社會和信息社會（huì）。並且伴隨“中國製造”的發展，光學製造在中（zhōng）國大陸的土地上方（fāng）興未艾，發展迅猛異常。中國光學（xué）製造已經（jīng）開（kāi）始在國際經濟舞台上有了重要的地（dì）位，中國的光（guāng）學玻璃產量和光（guāng）學零件產量已（yǐ）近名列第一。
光學薄膜（mó）是改變（biàn）光學零件表麵特征而鍍在光學零件表麵上的一（yī）層或多層膜。可以是金屬（shǔ）膜（mó）、介質膜（mó）或這（zhè）兩類膜的組合。光學（xué）薄膜是各種先進光電技術中不可缺少的一部分，它（tā）不僅能改善係統（tǒng）性能，而且是滿足設計目（mù）標的（de）必要手段，光學薄膜的應用領域設及光學係統的各（gè）個方麵，包括激光係統，光通信，光顯示，光儲存等，主要的光學薄膜器件包括反射膜、減反射膜、偏振膜（mó）、幹涉濾（lǜ）光片和分（fèn）光鏡等等。
它們在國民經濟和國防建設中得到了廣泛的應用，獲得了科學（xué）技（jì）術工作者的日益重視。
目（mù）前，光學鍍膜材料常用品種已達60餘種，而（ér）且其品種、應用功能還在不斷被開發。近年來以發（fā）展到了金屬膜係，當金、銀、銅和鋁的厚（hòu）度為7——20um時，其（qí）對可見（jiàn）光的透射率為50%，而紅外光透射率小於（yú）10%，這種薄膜已成功地應用於阿波羅宇宙飛船的麵板，用於透（tòu）過部分可見光，而反射（shè）幾乎全部的紅外光以進行熱（rè）控製。以下本文主要介紹光學薄膜的特性原理及分類。
一、光（guāng）學薄膜的定義
由薄的分層介質構成的，通過界麵傳播（bō）光束一類光學介質材料，光學薄膜的應（yīng）用始於20世紀30年代，光學薄膜已經廣泛用於光學和光電子技（jì）術領域，製造各種光學儀器。製備條要求件高而精。
光（guāng）學薄膜的定義是：涉及光在傳播路徑過程中，附著在光學器（qì）件表麵的厚度薄而均勻的介質膜層，通過分層介質膜層時的反射、透（tòu）(折)射和偏振等特性，以達到（dào）我們想要的在某一或是（shì）多個波段範圍內的光的全（quán）部透過或光的（de）全部反射（shè）或（huò）偏（piān）振分離等各特殊形態的光。
光學薄膜在我（wǒ）們（men）的生活中無處不在，從精密及光學設備、顯示器設備到（dào）日常生活中的（de）光學薄膜應用;比方說，平時戴的眼鏡、數碼相機、各式家電用品，或者是鈔票（piào）上的防偽技術，皆能被稱之（zhī）為光學薄膜技術應用之延伸。倘（tǎng）若沒有光學薄膜技術作為發展基礎，近代光電（diàn）、通訊或是鐳射技術將無法有所進展，這也（yě）顯（xiǎn）示出光學薄膜技術研究發展的重要性。
光學薄（báo）膜係指在光學元件或獨立基板上，製鍍上（shàng）或塗布一層或多層介電（diàn）質膜或金屬膜（mó）或這兩類膜的組合，以改變光波之傳遞特性，包括光的透射、反射、吸收、散（sàn）射、偏振及相位改變。故經由適當設計可以調（diào）變不同波段元件表麵之穿（chuān）透率及反射率，亦可以使不同偏振平麵的光具有不同的特（tè）性。
一般來說，光學（xué）薄膜的（de）生（shēng）產方式主要分為（wéi）幹法和濕法（fǎ）的生產工藝（yì）。所謂的幹式就（jiù）是沒有液體出現在整個加工過（guò）程中，例（lì）如真空蒸鍍（dù）是在一真空環境中，以電能加（jiā）熱固體原物（wù）料，經升華成（chéng）氣體後附著在一個（gè）固體基材的表麵上，完成塗布加工。日常生活中所看到裝飾用的（de）金色、銀色（sè）或具金屬質感的包裝膜，就是以幹式塗布方式（shì）製造的產品。
但是在實際量產的考慮下，幹式塗布運用的範圍小於濕（shī）式塗布。濕式塗布一般的做法是把具（jù）有各（gè）種功能的（de）成分混合成液態塗料，以不同的加工方式塗布在基材上，然後使液態塗料幹燥固化做成產品。
二（èr）、薄膜幹涉原理
1、光的波動性
19世紀60年（nián）代，美國物（wù）理學家麥克（kè）斯韋發展了電磁理論，指出光是一種電（diàn）磁波，使波動說發展到了相當完美的地步（bù）。
由光的波粒二象性可知，光同無線電波、X射線、?射線一（yī）樣都是電磁（cí）波，隻是它們的頻（pín）率不同（tóng）。電磁波的波長λ、頻率u和傳播速率V三者之（zhī）間的關係為（wéi）：
V=λu
由於各種頻率的電磁波在真空中德傳播速度（dù）相等，所以頻率不同的電磁波，它們的（de）波長也就不同。頻率高（gāo）的波長短，頻率低的波長長。為了便（biàn）於比較，可以（yǐ）按照（zhào）無線電波、紅外（wài）線、可見光、紫外線、X射線和伽瑪射線等的波（bō）長(或頻率)的大小（xiǎo），把它們依次（cì）排成一個譜，這個譜叫電磁（cí）波譜。
在電磁波譜中，波長最長（zhǎng）的是無（wú）線（xiàn）電（diàn）波，無線（xiàn）電波又因波長的不同而分為（wéi）長波、中波（bō）、短波、超短波和微波等。其次是紅外線、可見光和（hé）紫外線，這三（sān）部分合（hé）稱光（guāng）輻（fú）射。在所有的（de）電磁（cí）波（bō）中，隻有可（kě）見光可以被人眼所看到。可見光的波長約（yuē）在（zài）0.76微米到0.40微米之間，僅占（zhàn）電磁波譜中很小的一部分。再次是X射（shè）線（xiàn）。波長最短的電磁波是y射（shè）線。
光既然（rán）是（shì）一種電磁波，所以在傳播過程中，應該變現出（chū）所具有的（de）特征---幹涉、衍（yǎn）射、偏振等現象。
2、薄膜幹涉
薄膜可以是透明固體、液體或由（yóu）兩塊玻璃所夾的氣（qì）體薄層。入射光（guāng）經薄膜上表麵反射後得第一束光，折射光經薄膜下表（biǎo）麵反射，又經上表麵折射後（hòu）得第二束光，這（zhè）兩束光在薄膜的同側，由同一入射（shè）振動（dòng）分出（chū），是相幹光，屬（shǔ）分振幅幹涉。若光源為擴展光源(麵光源)，則隻能（néng）在兩相幹光束的特定重疊區才能（néng）觀察（chá）到幹涉，故屬（shǔ）定域幹涉。對兩表（biǎo）麵互相平行的平麵薄膜，幹涉條紋定域在無窮遠，通常借助於（yú）會聚透鏡（jìng）在其像方焦麵內觀察;對楔形薄（báo）膜，幹涉條紋定域在薄膜附近。
實驗和理論都證明，隻有（yǒu）兩（liǎng）列光波具有一定關係時，才能（néng）產生幹涉條紋，這些關係稱為相（xiàng）幹（gàn）條（tiáo）件。薄膜的相幹條（tiáo）件包括三點：兩束（shù）光（guāng）波的頻率相同;束光波的震動方向相同;兩（liǎng）束光（guāng）波的相位差保持恒定。
薄膜幹涉兩相幹光的光程差公式為：
Δ=ntcos(α)±λ/2
式中n為薄膜的折射率;t為入射（shè）點的薄膜厚度;α為薄膜內的折射角;λ/2是由於兩束相幹光在性質不同的兩個（gè）界（jiè）麵(一個是光疏介（jiè）質到光密介（jiè）質，另一個是光密介質到（dào）光疏介質)上反射而引起（qǐ）的附（fù）加光程差。薄膜（mó）幹涉原理廣泛應用於光（guāng）學表麵的檢驗、微小（xiǎo）的角度或（huò）線（xiàn）度的精密測（cè）量、減反射膜和（hé）幹涉濾光片的製備等。
光是由光源中原子（zǐ）或分子的運動狀（zhuàng）態發（fā）生變化輻射出來的，每（měi）個原子或分子每一次發出的光波，隻有短短的一列（liè），持續時間（jiān）約為10億秒對於兩個獨立的光源來說，產生（shēng）幹涉的三個條件，特別市相位相同（tóng）或（huò）相位差恒定不變這個條件，很不容易滿足，所以兩個獨立的一般光源是不（bú）能構成相幹光源的。不僅如此，即使是同一個（gè）光源上不（bú）同部分發出的光，由於它們是不同（tóng）的原子或分（fèn）子所發出的，一般也不（bú）會（huì）幹涉（shè）。
3、光學薄膜特（tè）點分（fèn）類
主要的光學（xué）薄膜器件包括反射膜、減反射膜、偏振膜、幹涉濾光片和分光鏡等等，它們在國（guó）民經濟和國防建設中得到廣泛的應用，獲得了科（kē）學（xué）技術工（gōng）作者的日益重視。例如采用減反射膜後可使複雜的光學鏡頭的光通量損失成十倍的減小;采用（yòng）高反射膜比的反射鏡可使激（jī）光器的輸出功率成倍提高;利用光學薄膜可提高矽電池的效率和穩定（dìng）性。
最簡（jiǎn）單的（de）光學（xué）薄膜模型是表麵光滑、各向（xiàng）同性的均勻介質膜層。在這種情況下，可以用光的幹涉理論來研究光（guāng）學（xué）薄膜的光學性質（zhì）。當一束單色光平麵（miàn）波（bō）入射到光學（xué）薄膜上時，在它的兩個表麵（miàn）上發（fā）生多次反射和折射，反（fǎn）射光和折射光的方向有反射定律和折射（shè）定律給出，反射光合折射光的振幅大小則（zé）有菲涅爾公式確定。
光學薄膜根據其用途分類、特性（xìng）與應用可分為：反射膜、增透膜/減反射膜、濾光片、偏光片/偏光膜、補償膜/相位差板、配向膜、擴散（sàn）膜/片、增亮膜/棱鏡片/聚光片、遮光膜/黑白膠等。相關衍生的種（zhǒng）類（lèi）有光學級（jí）保護膜（mó）、窗（chuāng）膜等。
光學（xué）薄（báo）膜（mó）的特點（diǎn）是：表麵光滑，膜層之間（jiān）的界麵呈幾何分割;膜層的折射率在界麵上可以發生（shēng）躍變，但在膜層內是連續的;可以是透明介質，也可以（yǐ）是吸收介質;可以是法向均勻的，也可以是法向不均勻的。實（shí）際應用的薄膜要比理想（xiǎng）薄膜複雜得（dé）多。這是因為（wéi）：製備時，薄膜的（de）光學性質和物理性質偏離大塊材料，起表麵和界麵是粗糙的，從而導致（zhì）光束的（de）漫反射;膜層之間的相（xiàng）互滲透形成擴散界麵;由於膜層的生長、結構（gòu）、應力等原（yuán）因，形成了薄膜（mó）的各種向異性（xìng）;膜層具有複（fù）雜的時間效應。
反射膜一（yī）般可分為兩類，一類是金屬反射膜（mó），一類（lèi）是全電介質反射膜（mó）。此外，還有將兩者結合的金屬（shǔ）電（diàn）介質（zhì）反射膜，功（gōng）能是增加（jiā）光學表麵的反射率。
一般金屬都具有較（jiào）大（dà）的消光係數。當光束由空氣入射到金（jīn）屬表麵（miàn）時，進入金屬（shǔ）內的光振幅迅速衰減，使得進入（rù）金屬內部的光能相應減少，而反射光能增加。消光係數越大，光振幅衰減越（yuè）迅速，進入金屬內部的光能越少，反射率越高。人們總是選擇消光係數較大，光學性質較穩定（dìng）的金屬作為金（jīn）屬膜材料。在紫外區常用的金屬薄材料（liào）是鋁，在可見光區常用鋁和銀，在紅外區常用金、銀和銅，此外，鉻和鉑也（yě）常作一些特種薄膜的膜料。
由於鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性（xìng）能，所以必須用電介質膜加以保護（hù）。常用的保護（hù）膜材料有一（yī）氧化矽、氟化鎂、二氧化矽、三氧化二鋁等。
金屬反射膜的優點是製備工藝簡單，工作的波長範圍寬;缺點是光（guāng）損大，反射率（lǜ）不（bú）可能很高。為（wéi）了使金屬反射膜的反射率進一（yī）步提高，可以在膜的外側加鍍幾層（céng）一定厚度的電介質層，組成金屬電介質反射膜。需（xū）要指出的是，金屬電介質射膜增加了某一波長(或者某一波區)的反射率（lǜ），卻破壞了金屬膜中性反射的特點。
