电介质镀膜

电介质镀膜

光学涂层的目的是改变光学表面的反射率。 根据使用的材料和物理现象，原则上可以区分金属和电介质涂层。 金属涂层用于反射器和中性密度过滤器。 可以实现的反射率由金属的性质给出。 一些常用的光学应用金属在我们的目录中有描述。

然而，介电涂层使用光学干涉来改变涂覆表面的反射率。 另一个主要区别是用于这种涂料的材料显示出非常低的吸收。 使用光学干涉涂层，光学表面的反射率可以从几乎零（防反射涂层）变化到近100％（R> 99.999％的低损失镜）。 然而，这些反射率值仅在一定波长或波长范围内实现。

有关光学干涉涂层物理的更详细的解释，请参阅我们的目录和第22页上引用的文献！

基础概述

单个电介质层对表面反射率的影响如图1所示。入射光束（a）在空气层界面处分为透射光束（b）和反射光束（c）。 发射光束（b）再次被分成反射光束（d）和透射光束（e）。 反射光束（c）和（d）可能会干扰。

图1：用于说明高指数材料（左）和低折射率材料（右）的四分之一波长层的干涉效应的示意图

after P.W. Baumeister “Optical coating technology”, SPIE press monograph, PM 137, Washington 2004

在P.W.之后 波美斯“光学涂层技术”，SPIE新闻专着，PM 137，华盛顿2004年

在图1中，波长由反射光束的阴影表示。 从“光到光”或“暗到暗”的距离是波长。 取决于反射光束之间的相位差，可能会发生结构性或相消干扰。

两个介质之间界面的反射率取决于介质的折射率，入射角和光的偏振度。 一般来说，它是用菲涅耳方程描述的。

光束（c）和（d）之间的相位差由层的光学厚度n·t（折射率n和几何厚度t的乘积）给出。 此外，必须考虑到，如果来自低折射率介质的光在界面处反射到高折射率介质，则发生π的相跳跃，即一个半波。

防反射涂料

单个低折射率层可用作简单的AR涂层。 用于此目的的常见的材料是VIS an NIR中的折射率n = 1.38的氟化镁。 该材料将熔融二氧化硅的表面反射率降低R?1.8％，蓝宝石几乎为零。

可以为所有衬底材料设计由2-3层组成的单波长AR涂层，以将给定波长的反射率降低到接近零。 这些涂层特别用于激光物理学。 几种波长或宽波长范围的AR涂层也是可能的，由4-10层组成。

图2：单波长AR涂层（“V涂层”）（a）和宽带AR涂层（b）的示意性反射光谱

镜子和部分反光镜

常见的反射镜设计是所谓的四分之一波长叠层，即对于所需波长具有等于n·t =λ/ 4的相等光学厚度的交替的高和低折射率层的叠层。 这导致在层之间的每个界面处产生的反射光束的相长干涉。 对于给定数量的层对，反射带的光谱宽度和可实现的反射率取决于层材料的折射率的比率。 大的折射率导致宽的反射带，而可以使用具有低折射率的材料制造窄的反射带。

图3：具有相同光学厚度的高折射率材料（灰色阴影）和低折射率材料（无阴影）（在[1]之后）（a）的层的四分之一波长堆叠的示意图（a），四分之一波长堆叠的反射率谱 15对Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2（b）

[1] P.W. 波美斯“光学涂层技术”，SPIE新闻专着，PM 137，华盛顿2004年

为了可视化不同折射率比率的影响，图3b比较了由800对纳米线（n1 / n2 = 2.1 / 1.46和2.35 / 1.46）组成的15对Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2组成的四分之一波长的反射率谱。

假设具有零吸收和散射损耗的理想涂层，随着层对数的增加，理论反射率将接近R = 100％。 也可以仅使用少量的层对（参见图4）来制造具有R = 0％和R = 100％之间的几个离散反射率值的部分反射器。 将一些非四分之一波长层添加到这样一个堆栈允许优化反射率到任何所需的值。

图4：800nm的由1,2,3,4,10和15层Ta2O5 / SiO2组成的四分之一波长堆叠的计算反射率

图4还示出了越来越多的层对导致反射带的更陡的边缘。 这对于边缘滤波器尤其重要，即具有平滑侧边带的反射镜。 非常陡峭的边缘需要大量的层对，这又导致非常高的反射率。 非常高的反射率值需要非常低的光损耗。 这可以通过使用溅射技术来实现。