2012年2月1日
摘要
随着光学薄膜技术的不断发展，光学薄膜器件应用的日益广泛，光学薄膜
器件的温度稳定性研究也被提到了极重要的地位。镀膜是将光学薄膜沉积在光学零件表面的制造过程。光学薄膜应用与各种反射和投射的光学元件，薄膜技术是光学技术的一个重要组成部分。薄膜技术涉及到光电技术、计算机、真空技术、材料科学、自动控制等领域。为了解决空间工程光学薄膜器件的温度稳定性问题，本论文从镀膜材料特性，沉积工艺等方面对这一问题展开了深入的研究。
关键词：光学镀膜 基本原理 基本结构 沉积工艺
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第1章 绪论
1.1 光学镀膜技术的发展简介
1994年起：各公司均引入多层镀膜，重新评价如何提高像质。另外也积极引入非球面透镜，超 过10组的很多片透镜组成的高倍变焦镜头变得易于实现。 镜头烧热发现膜层
1892年：英国泰勒（H.D.Toylor著名的Cook，Triplet镜头设计师）发现，把烧过的望远镜物镜表面经风化出现紫色，和新的透镜比较，发现能通过更多的光线。受弱酸侵蚀的玻璃表现存在折射率低的薄膜，能降低玻璃表面的反射率。
这个透镜燃烧的新发现，使人们知道了膜层作用，并产生镀膜技术，以后，利用工人的弱酸化学作用，从实验室产生表面的弱酸凝胶层，到了1930年左右，技术有了明显进展。
1931年：德国卡尔·蔡司公司发表优良的大孔径镜头Sonnar F2.0，镜头的反射面很少，由独特的3组6片透镜构成，有待开发镀膜技术。
1935年：德国卡尔·蔡司公司发明了防反射膜层处理技术，蔡避开的A.Smakula在真空中加热蒸发低折射率氟化物薄膜，诞生了防反射薄膜处理方法。
1936处：美国加利福尼亚工业大学的J.D.Strong把玻璃置于真空中，加热蒸发有增透效果的氟化钙（CaF2），成功制成了人工防反射薄膜。
由于上述原因，2个透镜组合胶合透镜可以分离，增加透镜设计的自由度。 1938年：美国依斯曼，柯达公司在HECTA镜头上完成镀膜工艺。 1939-1943年：卡尔·蔡司公司成功实现了2层和3层增膜系。 1945年：德国徕兹公司，在徕卡的标准镜头中首先使用镀膜技术，从SUMMITAR50mmF2镜头开始（该镜头1939年推出），镜片实施镀膜。
1945年：在德国法兰克·海德克公司发明罗莱Automat（4型）相机的75mm F3.5镜头中，卡尔·蔡司·耶拿Tessar、蔡司奥普托·Tessar及施耐特Xenar3款镜头成为罗莱最早镀膜镜头。
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1946年：千代田光学精工（现在美能达公司）在半幅Spring照相机的Minolta Seml A镜头上首先使用品红膜层。
美能达SEMI是日本最早有镀膜镜头的照相机（JCII的历史认定照相机），以后各公司相继积极引入镀膜技术，在商品目录记录中“有镀膜”，给人印象是“光亮清晰镜头”。
1964-1967年：在摄影器材以外的用途领域，例如测量仪器盘和电视摄影像机镜头等方面，我层镀膜其特征是几乎能全部消除玻璃表面的反射，这是活用后有实效的光学技术之一。
1964年：当年10月在东京举行奥林匹克运动会上，室内比赛转播需要更明亮画面，富士写真光机公司受NHK委托开发了电视用镜头的多层镀膜技术，实现了镜片的电子束镀膜EBC（Electron Beam Coating）。
在真空镀膜时，使用高溶点的抗热式的蒸发物质，用电子枪溶融方法，完成由日本技术制成最多达11层的多层膜系，`1971年12月发表的8mm照相机，富士卡single8E8000的EBC富士侬8-64mm F1.8镜头和1972年9月推出摄影用的35mm单反相机，富士卡ST801的可换镜头，是采用了EBC技术的富士侬镜头。
1970年：西德科隆博览会上（photokina)，各照相机公司开发的多层镀膜技术相继登场，采用此新技术的镜头有：旭光学工业的宾得用可换镜头、日本光学工业的尼康F用可换镜头、佳能的新产品F1用可换镜头等。
1971年：可以说是多层镀膜的元年，（全面推出第一年），各个照相机款式工厂对以往的可换镜头及新开发的可换镜头，各自采用多层镀膜。多层镀膜的优越性已众所周知，加工成本高也引起关注，但照相机镜头使用多层镀膜已大势所趋，研究考虑的是更优良的多层镀膜技术实用化。
1972年：西德卡尔·蔡司公司在科隆博览会推出一系列引入多层镀膜的蔡司镜头。在出售的镜头上使用“T*”标记，这就是著名的有红色标记“T*”镜头。
不管是照相机制造厂，还是镜头专业厂，都力争采用多层镀膜技术。其结果增加了镜头设计的自由度，出现了由复杂的透镜构成各种广角镜头、变焦镜头等系列产品。
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1.2光学镀膜技术的特性
1、光学性质，计算屈光作用和控制光学性能； 2、机械和热性质； 3、电性质材料；
4、化学性质通过外界所可能接触的化学物质了解材料的相应变化。
1、 光学性质：光学性质是材料的基本性质，与镜片在日常生活中所见到的各种光学现象相符合，主要为光线在镜片表面的折射和反射、材料本身的吸收，以及散射和衍射现象。
（1）光线折射：通过镜片的光线会在镜片的前后表面发生折射或偏离现象，光线的偏离幅度由材料的折射率和入射光线在镜片表面的入射角度决定。 1）折射率：透明媒质的折射率是光线在真空中的速度c与在媒质中的速度v的比值，
n=c/v。该比值没有单位并且总是大于1。折射率反映媒质的折射能力，折射率越高，从空气进入该媒介的光束偏离得越多。从空气到折射率为n的透明媒质所发生的偏离或折射可以根据斯涅耳-笛卡尔定律(Snell-Descartes Law)进行计算，规定如下：折射光线与入射光线和法线位于同一平面入射角i和折射角r分别由法线与入射光线、折射光线构成。计算公式： sin i=n sin r
由于透明媒质的光速随着波长而变化，所以折射率的值总是参考某一特定波长
表示：在欧洲和日本，参考波长为e线546.07nm(汞--绿光谱线)，但是在美国等其它
国家则是d线587.56nm(氦--黄光谱线)。但这个区别并没有造成实际影响，因为它的
区别仅仅反映在折射率值的第三位小数上。
目前市场所采用的镜片材料的折射率范围是从1.5--1.9。 2）色散系数：阿贝数。
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由光波引起的折射率变化会使白光根据不同的折射产生色散现象。事实上，波长越短，折射率越高，可见光的折射从光谱的红光区延伸到蓝光区。材料的色散能力可以由阿贝数描述，在欧洲、日本规定用e线，在美国等其他国家规定使用d线。
阿贝数与材料的色散力成反比，镜片材料规定的范围通常从30-60，数值越大即表示色散越少。一般而言，折射率越高，色散力越大，而阿贝数就越低。尽管所有镜片都存在色散，但在镜片中心，这个因素可以被忽略，只有在用高色散材料制造的镜片周边部，色散现象才易被察觉。在这种情况下，色散现象所表现的是离轴物体边缘带有彩色条纹。 (2)光线反射
光线在镜片表面产生折射的同时，也会产生反射现象。光线反射会影响镜片的清晰度，而且在镜片表面会产生干扰性反射光。通常，镜片材料的折射率越高，因反射而损失的光线就越多。当然，对于干扰性反射光可以通过在镜片表面镀多层减反射膜而相应抵消。
(3）光线吸收：材料的本身吸收光的特性会减少镜片的光线透过率，这部分的光量损失对于非染色眼镜片是可以忽略的，但如果为染色或变色镜片，光的吸收量会很大，这也是此类镜片的设计目的。眼镜片的光线吸收通常指材料内部的光线吸收，可通过镜片前、后表面吸收光线的百分比表示。例如，30%的光线吸收相当于30%的光通量在镜片内部的减少。材料的光线吸收遵循郎伯(Lambert′s Law)定律，它根据镜片的不同厚度呈指数性的变化。 镜片的光线透过率
镜片的光线透过率指光线通过镜片而没有被反射和吸收的光的总量。通过镜片抵达眼睛的光通量ΦΥ相当于镜片前表面的入射量Φ，减去镜片前、后表面的反射量Φρ，减去可能被材料吸收的流量Φα，即ΦΥ+Φρ+Φα=Φ。因此，戴镜者的视觉受三方面的综合影响：入射光的强度和入射光谱范围、镜片吸收和对光谱的选择、以及眼睛对不同可见波长的敏感度。 （4）光线散射和衍射
1)散射：散射是光线在各个方向上被散播的一种现象，它一般在固体的表面以及透
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光学镀膜的理论研究
