隨（suí）著科（kē）技（jì）技術的發展（zhǎn）和經濟全（quán）球化（huà），當今人類已進入知識經濟社會和信息社會。並且伴隨“中國製造”的發展，光（guāng）學製造在中（zhōng）國大陸的土地上方興未（wèi）艾，發展迅猛異常。中國光學製造已經（jīng）開（kāi）始在國（guó）際經濟舞（wǔ）台上有了重要的地位，中（zhōng）國的光學玻璃產量和光學零件（jiàn）產量已近名列第一。
光學薄膜（mó）是改變光學零件表麵特征而鍍在光（guāng）學零件（jiàn）表（biǎo）麵上的一層或多層膜。可以是金屬（shǔ）膜、介質（zhì）膜或這兩類膜（mó）的組合。光學薄（báo）膜是各種先進光電技（jì）術中不可缺少的一（yī）部分，它不僅能改善係統性能，而且是滿足設計目標的必要手段，光（guāng）學薄膜的應（yīng）用領域設及光（guāng）學係統的（de）各個方麵，包括激（jī）光係統，光通信，光顯示，光儲存等（děng），主要的光學薄膜器件包括（kuò）反射膜、減反射膜、偏振膜、幹涉濾光片和分光鏡等等。
它們在國民經濟和國防建設中得到了（le）廣泛的應用，獲（huò）得了科學技術工作者的日益重視。
目（mù）前，光學鍍膜（mó）材料常用品種已達60餘種，而且其品種、應用功能還在不斷（duàn）被開發。近年來以發展到了金屬膜係，當金、銀、銅和鋁的厚度為7——20um時，其（qí）對可見光的透射率（lǜ）為50%，而紅外光透（tòu）射率小於10%，這種薄膜已成功地應用於阿波羅（luó）宇宙飛（fēi）船的麵板，用（yòng）於透過部分可見光，而反射幾乎全部的紅外光以進行熱控（kòng）製。以下本（běn）文主要（yào）介紹光學薄膜的特性原理（lǐ）及分類。
一、光學薄膜的定義
由薄的分層介質構成的，通（tōng）過界（jiè）麵（miàn）傳播光束一類光學介質（zhì）材料，光學薄膜的應用始於20世紀30年代，光學薄膜已經廣泛用於光學和光電子技術領域，製造各種光學儀（yí）器。製備條要求件高（gāo）而精。
光學薄膜的定義是：涉及（jí）光在傳（chuán）播路徑過程中，附著在光學器件表麵的厚度薄而均勻（yún）的（de）介質膜（mó）層，通過分層介質膜層時的反射、透(折)射和偏振等特性，以達到我們想要的（de）在（zài）某一（yī）或是多個波段範圍內的光的全部透過或光的（de）全部反射或偏振分離等各特殊形（xíng）態的光。
光學薄膜在我們的生活中無處不在，從精密及光（guāng）學設備、顯示器設備到日常生活中的光學薄膜應用;比方（fāng）說，平時戴的眼鏡、數碼相機、各（gè）式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術，皆能被稱之為光學（xué）薄膜技術應用之延伸。倘若沒有光學薄膜技術作為發（fā）展基礎，近代光（guāng）電、通訊或（huò）是鐳（léi）射技術將無法有所進展，這也（yě）顯示出光學薄膜技術研究發（fā）展的重要（yào）性。
光學薄膜係指在光學元件或獨立基板上，製（zhì）鍍上或塗布一層或多層（céng）介電（diàn）質膜或金屬膜或這兩類膜的組合，以改變光波之傳遞特性，包括（kuò）光的透射（shè）、反射（shè）、吸收、散射、偏振及相位改變。故經由適當設計可以調變不同波段元件表麵之穿（chuān）透（tòu）率及反射（shè）率，亦可以使不同偏振平麵的光具有不同的特性。
一般來說（shuō），光學薄膜的生產方式主要分（fèn）為幹法和濕法的（de）生產（chǎn）工藝。所謂的幹式就是沒有液體出現在整個加工過程中，例如真空蒸鍍是在一真空環境中，以電能加熱固（gù）體原物料，經（jīng）升華成氣體後附著在一（yī）個（gè）固體基材的（de）表麵上（shàng），完成塗布（bù）加工。日常生活中所看到裝飾用的金色、銀色或具金屬質感的包裝膜，就是以幹式塗布方式製造的產品。
但（dàn）是在實際量產的考慮下（xià），幹式塗布運用的範圍小於濕式塗布。濕式塗布一般的做（zuò）法是把具有各種功能的成（chéng）分混合成液態塗料，以不同的加工方式塗布在基材上，然後（hòu）使液態（tài）塗料幹燥固化做成產品。
二、薄膜幹涉（shè）原理
1、光（guāng）的波動性
19世紀60年代，美國物理學家（jiā）麥克斯韋發（fā）展了電磁理論，指出光（guāng）是一種電磁波（bō），使波動說發展到了相當（dāng）完美的地步。
由光的波粒二象（xiàng）性可知（zhī），光（guāng）同無線電波、X射線、?射線一樣都是電磁（cí）波，隻是它們的頻率不同。電磁波的波長λ、頻率u和傳播速率V三者（zhě）之間的關係為：
V=λu
由（yóu）於各種頻率的電磁波在真空中德傳播速度相（xiàng）等，所以頻率不同的電磁波，它們的波長也就不（bú）同。頻率高的波長短，頻率低的波長長。為了便（biàn）於比較（jiào），可以按照無線電波、紅外線、可見光、紫外（wài）線、X射線和伽瑪（mǎ）射線等的波長(或頻（pín）率)的大小，把它們依次排成一個（gè）譜，這個譜叫電磁波譜。
在電磁波譜中，波長最長的是無線電（diàn）波，無線電波（bō）又因（yīn）波（bō）長（zhǎng）的（de）不同而分為長波（bō）、中波、短波、超短波和微波等。其次（cì）是紅外（wài）線、可見光和紫外線，這三部分合稱光輻射。在（zài）所有的電磁波中，隻有可見（jiàn）光可以被人眼所看到。可見光的波長約在0.76微米到0.40微米之間，僅占電磁波譜中（zhōng）很小的一部分。再次是（shì）X射線（xiàn）。波長最（zuì）短的電磁波是（shì）y射線。
光既然是一種電磁波，所以在傳播過程中，應該變現出所具有的特征---幹（gàn）涉（shè）、衍射、偏振等現象。
2、薄膜幹涉
薄膜可以是透明固體、液體或由兩塊玻璃所夾的（de）氣體薄層。入射光經薄膜上表麵反射後得第一束光，折射（shè）光經薄膜下（xià）表麵反射，又經上表麵折射後得第二束光，這兩束光在薄膜的同側，由同（tóng）一入射振動（dòng）分出，是相幹光，屬分振幅幹涉。若光（guāng）源為（wéi）擴展光源(麵光源)，則隻能在（zài）兩相幹光束的（de）特定重疊區才能觀（guān）察到幹（gàn）涉，故屬定域幹涉。對（duì）兩表麵互相平行的平麵薄膜，幹涉條紋（wén）定域在無窮遠，通常借助於會聚（jù）透鏡在其像方焦麵內觀察;對楔形薄膜，幹（gàn）涉條（tiáo）紋（wén）定域在（zài）薄膜附近。
實驗和理（lǐ）論都證明（míng），隻有兩列光波具有一定關係時，才能產（chǎn）生（shēng）幹涉條（tiáo）紋，這些（xiē）關係稱為相幹條件。薄膜（mó）的相幹條件包括三點：兩束光波的頻率（lǜ）相同;束光波的震動方向相（xiàng）同（tóng）;兩束光波的相位差保持恒定。
薄膜幹涉兩相幹（gàn）光的光程差公式為：
Δ=ntcos(α)±λ/2
式中n為薄（báo）膜的折射（shè）率（lǜ）;t為（wéi）入射點的薄膜厚度;α為薄膜內的折射角;λ/2是由於兩束相幹光（guāng）在性質不（bú）同的兩個界麵(一個是光疏（shū）介質到光（guāng）密介質，另一個是光密介質到（dào）光疏介質（zhì）)上反射而引起的附加光程差。薄膜幹涉原理廣泛應用於光學表（biǎo）麵的檢驗、微小的角度或線度的精密測量、減反射膜和幹涉濾光片的製備等（děng）。
光是由光源中原子或分子（zǐ）的運動狀態發生變化輻射出（chū）來的（de），每個原子（zǐ）或分子每一次發出的光波，隻有（yǒu）短短的一列，持續時間約為10億秒（miǎo）對於兩個獨（dú）立的光源來說，產生幹涉的三個條件，特（tè）別市相位相同或相（xiàng）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（guāng）源是不能構成相幹光源的。不僅如此（cǐ），即使（shǐ）是同一個光源上（shàng）不同部（bù）分（fèn）發出（chū）的光，由於它們是不同的（de）原子或分子所（suǒ）發出的，一般也不（bú）會幹涉。
3、光學（xué）薄膜（mó）特點分類
主要的（de）光學薄膜器件（jiàn）包括（kuò）反射膜、減反射膜、偏振膜、幹涉（shè）濾光片和分光鏡等等，它們（men）在國民經濟和國（guó）防建（jiàn）設中得到廣泛的應用（yòng），獲得（dé）了科學技術工作者的（de）日益重視（shì）。例如采用減反射膜後可使複雜的（de）光學鏡頭的光通量損失（shī）成十（shí）倍的減小;采用高反射膜比的反射鏡可使激光器的輸出功（gōng）率成倍提高;利用光學薄膜可提高矽電池的效率（lǜ）和（hé）穩定性。
最簡單的光學薄膜（mó）模型是表麵光滑、各向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（lái）研究光學薄膜的光學性質。當一（yī）束單色光平麵波入射到光學薄膜（mó）上時，在它的兩個表麵上發生多次（cì）反射和折射，反射光和折射光的方向有（yǒu）反（fǎn）射定（dìng）律和折射定律給出，反射光合折射光的振幅大（dà）小則有菲（fēi）涅爾公式確定。
光學薄（báo）膜根據其用途分類、特（tè）性與應用（yòng）可（kě）分為：反射膜（mó）、增透膜（mó）/減反射（shè）膜、濾光片、偏光片/偏光膜、補償膜/相位差（chà）板、配向膜、擴散膜/片、增亮膜/棱（léng）鏡片/聚光片、遮（zhē）光膜/黑白膠等。相關衍生的（de）種類有光學級保護膜、窗（chuāng）膜等。
光學（xué）薄膜的特點是：表麵光滑，膜層之間（jiān）的界麵呈幾何分割;膜（mó）層的折射率在界麵上可以發生（shēng）躍變，但在膜層內是（shì）連續的;可以是透明介（jiè）質，也可（kě）以是吸收介質;可以是法向均勻（yún）的，也可以是法向不（bú）均勻的。實際應用的薄膜（mó）要比理想薄膜複雜得多。這是因為：製備時，薄膜的光學性質和物理性質偏離大塊材料（liào），起表麵和界麵是粗糙的（de），從而導致光束（shù）的漫反射;膜層之間的（de）相互滲透形成擴散（sàn）界（jiè）麵;由於膜層的生長、結構、應力等原因，形成了薄膜的各種（zhǒng）向異性;膜層具有複雜的時間效應。
反（fǎn）射（shè）膜一般可分為兩類，一類是金屬反射膜，一類是（shì）全電介質反射膜。此外，還有將兩（liǎng）者（zhě）結（jié）合的金屬電（diàn）介質反射膜，功能是增（zēng）加光學表麵的反射（shè）率。
一般金屬都具有較（jiào）大的消光係數。當（dāng）光束由空氣入（rù）射（shè）到金屬表麵時，進入金屬內的光振幅迅速衰減，使得進入金屬內部的光能相應減少，而反射光（guāng）能增加。消光係（xì）數越大，光振幅衰減越迅速，進入金屬內部的光（guāng）能越少，反射率越高。人們總是選擇消（xiāo）光（guāng）係數較大，光學性質較穩定的金屬作為金屬膜材料。在紫外區常用的金屬（shǔ）薄材料是鋁，在可見光區常（cháng）用鋁和（hé）銀，在紅外區常用金（jīn）、銀和銅，此外，鉻和鉑也常作一些特種薄膜的膜料。
由於鋁、銀（yín）、銅等（děng）材料（liào）在空氣中很容易（yì）氧化而（ér）降低性能，所以必須用（yòng）電介質膜加以保護。常（cháng）用的保（bǎo）護膜材料（liào）有一氧（yǎng）化（huà）矽、氟化鎂、二氧化矽、三氧化二鋁等。
金屬反（fǎn）射膜的（de）優點是製（zhì）備工藝簡單（dān），工作的波長範圍寬;缺點是光損大（dà），反射率不可能很高。為了使金屬反射膜的反（fǎn）射率（lǜ）進一步提高（gāo），可以在膜的外側加鍍幾層一定厚度的電介質層，組（zǔ）成（chéng）金屬電介質反射膜。需要指出的是，金屬電（diàn）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（shǔ）膜中（zhōng）性反射的特點。
