光学薄膜的发展简史

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人类最早发现的五光十色的肥皂泡，水面上彩色斑烂的油膜，两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环，所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的注意，他们各自部提出了一些初步解释，但均不令人满意 ，直到一百五十年以后，即1801年托马斯 ．杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基础才从此建立起来．今天我们可以说，整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。
2 S- M4 g4 ^* c0 K( N- E6 e) X夫琅和费早在1827年制成了可以说是第一批减反射膜，他将经过精细地抛光的平面玻璃一半放在浓硫酸或浓硝酸中腐蚀。将玻璃上的酸液清洗干净之后发现，经酸腐蚀的表面所反射的光强远低于另一半表面的反射光强，即酸经过的那部分玻璃表面失掉了某种成分，形成薄薄一层折射率比玻璃基底折射率低的失泽层，不过玻璃还未遭刻蚀，
/ v# B# Z  X! ]  e: J“因为其适时光仍和另一半表面一样(实际上更高)，以致在透射光中仔细检查也不能找出它们的分界线来，”经过硫酸或硝酸的这种处理之后，有些牌号的玻璃表面呈现美丽鲜艳的色彩；使光沿各种不同的角度入射，则色彩婉如肥皂泡一样变幻无穷。
: z3 v7 M* ~; C% Q) U  s1886年瑞利在英国皇家协会报告说：“失泽”的冕玻璃平板，其反射比刚抛光更低原因是玻璃形成了薄薄的一层膜。1891年丹尼斯.泰勒（Dennis Taylor）在它的文章中写到，在使用几年后的普通物镜的火石玻璃透镜上“失泽”现象是十分明显的。我们很高兴的是，能够使这种火石玻璃的拥有者放心，通常用怀疑眼光看待的这层使玻璃“失泽”的薄膜，却正是观测者的“挚友”，因为它增加了物镜的透射率。
/ u" c  l+ |& ~, y事实上，泰勒发展了一种用化学侵蚀产生“失泽”而制作化学减反膜的方法。
. S, Y+ }$ H$ x$ H目前制备光学应用的薄膜的主要方法是真空蒸发法和溅射法，后者在十九世纪中叶就发现了，而前者可追朔到二十世纪初。但在1930年以前，它们不能作为实用的镀膜方法，因为没有获得高真空的真正适用的抽气机，直到1930年出现了油扩散泵—机械泵抽气系统以后，制造实用的真空镀膜机才成为可能。
" ?% H! ^( K) E三十年代中期德国的鲍尔和美国的斯特朗先后用真空蒸发方法制备了单层减反射膜，这种简单的减反射膜至今在一般的光学装置上还被大量地应用。
折射率为1．52的玻璃敷有折射率为1．38的氟化镁薄膜后，单面的反射损失可从4.2%减少到1．5%左右，例如7块平板系统镀膜后，在参考波长上总的透射率可近似地估计为：
; T5 d% v* `; ]; B  eT＝(0．97)7＝80．7%．
未镀膜： T=(0.92)7=55.7%
这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25％的透射能量。
薄膜可分成两大部分，第一部分是光学薄膜，第二部分是光学波导及其相应器件，前者的特点是光横穿过薄膜而进行传播；后者的特征是光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播，对于光学薄膜，在一块基片上淀积五、六十层膜并非罕见，涂镀工艺是比较成熟的；而对光学波导，则膜层层数一般不多，通常仅用一层膜，其镀制工艺仍处在发展初期。
. G% Q6 o# r$ s薄膜光学是物理光学的一个重要分支，它研究的对象是膜层对光的反射、透射、吸收以及位相特性、偏振效应等，简而言之，它主要研究光在分层媒质中的传播规律性。
3 s$ \( I6 q9 k* J, N光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向产生光的干涉现象，人们正是利用这种干涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来人为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。
" a: m' L/ p& J1 W- h3 |光学薄膜在光学系统中的作用
提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、高反射膜。
实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。
通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。
! x3 l6 X4 w+ F1 c! ?6 }5 }实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等。
与镀膜技术密切相关的产业
镀膜眼镜
幕墙玻璃
- o: q2 \. L. `3 s  @& F" V滤光片
ITO膜
车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片
4 r* v6 {$ ]$ S1 U光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件
红外膜
投影显示
目前光学薄膜两个重要的应用领域
/ t# E; v+ d- |+ L2 x+ K. H光通信：以DWDM(dense wavelengh division multiplexer)filter为代表的光无源器件
  r( }/ D; A) d. E0 l# n, h/ f信息显示技术：LCD、LCOS投影显示技术
# B9 C9 X; i, c9 j$ F  B光学薄膜在液晶投影显示中的应用
1 Q+ ], q& K4 o8 ?" q' y高效率的减反射膜与高反射膜
/ u8 O) O4 c& }1 s# z冷光镜及红外、紫外截止滤光片
  Z$ a7 k+ x# z0 w# a1 x偏振光转换用膜
2 x3 @$ l, u# c/ N( M0 r- u; P分色与合色光学薄膜
液晶投影显示系统中，几乎所有的典型的光学薄膜都得到了应用。
3 ]5 }! p  y* H9 T" G2 T# ~! C0 J( v光学薄膜在光通信领域的应用
以光通信中DWDM filter位代表的光学薄膜应用是目前光学薄膜技术最高水平的代表。
! z: P4 {- M) x7 p5 y  C  H9 u光通信曾经给光学薄膜技术带来了前所未有的商机