光学薄膜表面光滑,膜层之间的界面呈几何分割;膜层的折射率在界面上可以发生跃变,但在膜层内是连续的;可以是透明介质,也可以是吸收介质;可以是法向均匀的,也可以是法向不均匀的。
实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多。这是因为制备时,薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料,其表面和界面是粗糙的,从而导致光束的漫散射;膜层之间的相互渗透形成扩散界面;由于膜层的生长、结构、应力等原因,形成了薄膜的各向异性;膜层具有复杂的时间效应。
光学薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常用的是前4种。光学反射膜用以增加镜面反射率,常用来制造反光、折光和共振腔器件。
光学增透膜沉积在光学元件表面,用以减少表面反射,增加光学系统透射,又称减反射膜。光学滤光膜用来进行光谱或其他光性分割,其种类多,结构复杂。光学保护膜沉积在金属或其他软性易侵蚀材料或薄膜表面,用以增加其强度或稳定性,改进光学性质。最常见的是金属镜面的保护膜。
光学薄膜的应用无处不在,从眼镜镀膜到手机,电脑,电视的液晶显示再到LED照明等等,它充斥著我们生活的方方面面,并使我们的生活更加丰富多彩。
通常光学薄膜的制备条件要求高而精,有时候要对它进行周密的设计和分析。有一款软件的功能非常强大,它对光学薄膜的设计和分析可以“通吃”。这款TFCalc光学薄膜软件可用于设计各种类型的减反、高反、带通、分光、相位等膜系。
首先它支持各种膜系的建模。TFCalc能设计基底双面膜系,单面膜层最多可达5000层,支持膜堆公式输入。并可以模拟各种类型的光照:如锥形光束,随机辐射光束等。
其次具有一定的优化功能,可用极值、变分法等方法优化膜系的反射率、透过率、吸收率、相位、椭偏参数等目标。还可以采用针法,只要初始的单层膜就可以自动设计出各种膜系。