PSA | 一文读懂AR膜

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  • 2019/01/11

AR膜称为减反射膜,或者又称增透膜,它是目前应用最广、产量最大的一种光学薄膜,至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题。那你对AR膜了解多少?下跟大家聊一下AR膜的那些事!

 

01.AR膜介绍:主要功能.减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量
在很多应用领域中AR膜是不可缺少的,否則无法达到应用的要求,以照相机为例

(由18块透镜组成的35mm的自动变焦照相机)

假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射,没有增透的镜头光透过率为27%

镀有一层膜(剩余的反射为1.3%)镜头光透过率为66%

镀多层膜(剩余的反射为0.5%)镜头光透过率为85%

 

02.AR膜产品结构

 


03.AR膜增透原理:先了解,光的波粒二相性,从微观上既可以把光理解成一种波,又可以把他理解成一束高速运动的粒子,增透膜的原理

是把光当成一种波来考虑的,因为光波和机械波一样也具有干涉的性质

在镜头前面涂上一层增透膜 (一般是"氟化钙",微溶于水) , 如果膜的厚度等于红光(注意:这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了。

为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色,因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。

 

04.AR膜分类

1.单层减反膜
理想的单层减反膜的条件是:膜层的光学厚度为1/4波长

其折射率为入射介质和基片折射率乘积的平方根,在可见区,使用得最普遍的是折射率为1.52左右的冕牌玻璃。根据上面理论计算,其理想的增透膜的折射率为1.23,但现能利用的薄膜的最低折射率是1.28(MgF2)。

单层AR 膜的两个主要的缺陷:对于常用的玻璃基底,很难实现零反射;只能实现单一波长零反射,色中性差


2.多层减反膜

在薄膜上镀两层以上反射材料的称为多层AR 膜,多层比单层有更好的性能,如下图,左边是单层AR 膜,右边是多层AR 膜。

 


05.AR膜用途:望远镜,眼镜,数字相机镜头,LCD投影系统,光学窗口,保护镜,笔记本,电脑,手机,电视,眼镜,触摸屏等

 

06.AR膜使用原料
光学增透膜的研制不仅要考虑它的透射率,而且还要考虑它的硬度、耐热、耐寒性

与玻璃等光体的接合力度耐光照射性,吸热强度等因素

能满足这么多条件的材料可想而知是很困难的

根据适合不同的需求,目前人们发现、常用的材料有氟化镁、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆 、ZnSe、ZnS陶瓷红外光红外增透膜、乙烯基倍半硅氧烷杂化膜等。

由于一般光学介质都是玻璃,并在空气中使用,那增透膜的折射率应接近1.23。现实中折射率小于氟化镁(折射率为1.38)的镀膜材料很少见,而且像氟化镁那样很好的满足各种条件的材料更是稀少。因此,现在一般都用氟化镁镀制增透膜。

虽然金刚石是迄今为止自然界中性能最优良的材料,但是存在工艺条件过于苛刻和成本高的问题。目前,大规模的使用金刚石薄膜的条件还不具备。通过人们对增透膜的不断发展和研究,相信会有比金刚石更为合适的材料被我们所发现利用,或者金刚石被大规模的使用。

 

 


07.AR膜加工方法

随着增透膜的不断开发和研究,光学增透膜的镀膜技术也在不断的发展。光学增透膜的厚度要控制在可见光波长1/4的数量级上,增透膜的均匀度的要求也非常的苛刻。尽管如此,在人们的不懈探索中,还是掌握了不少行之有效、先进的镀膜技术。

目前常用的镀膜方法,真空蒸镀、化学气相沉积、溶胶凝胶镀膜

三者相比较,溶胶—凝胶镀膜设备简单、能在常温常压下操作、膜层均匀性高、微观结构可控,适于不同形状、尺寸的基片、能通过控制配方、制备工艺得到高激光破坏阈值的光学薄膜,已成为高功率激光薄膜的最具竞争力的制备方法之一。

常用四分之一波长的薄膜,并没有使透射光的光强达到最大,也就是说没有使反射光达到最弱。主要是要增透的光往往不是单色的,而是有一定的频宽,而对于一个增透膜只对某一波长的单色光有完全增透的作用。

因此可以通过多层镀膜技术来改善增透效果,同时也增加了透射光的线宽波长,也就是频宽。随着人们对增透膜的应用和发展,有人设想为细小的光纤进行镀膜,由此可见这需要多么精密的镀膜技术。


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