研究增透膜在生活中的实际应用

刘敬宇

摘要：随著科技的发展，光学薄膜已在我们的生活中大量应用。光学薄膜中的“增透膜”又是日常应用中最多的一种。因此本文主要以光学薄膜中的“增透膜”为对象，对其概念、原理进行介绍，对其特性、技术进行研究，并探讨其在生活中的实际应用。

关键词：增透膜；应用

随着科技的发展，那些平日只存在于教科书之内的“高逼格”的光学薄膜已是“飞入寻常百姓家”，所以本文特此研究增透膜在生活中的实际应用。

光学薄膜在我们的生活中应用非常多，渗透到每个角落，包括日常生活中的精密的光学设备、显示器等都有光学薄膜应用；还有，平时我们戴的眼镜、各式家电用品、数码相机，以及钞票上的防伪措施等，都是光学薄膜技术的应用案例。如果没有光学薄膜技术的发展基础，那现在的镭射技术、光电技术以及通讯技术等都会受到影响，或是将停步不前，这也说明光学薄膜技术的研究发展的非常重要。

那么，现在我们就以光学薄膜中的“增透膜”为对象，研究其在生活中的实际应用。

一、概念与原理

增透膜：由于光学元件的表面具有反射作用，从而造成部分光能损失，为了减少光学元件表面的反射损失，我们通常可以在光学元件表面镀上一层或多层透明介质薄膜，这种薄膜叫做增透膜。

对于一般金属来说，大多数具有较大的消光系数，在光束由空气中入射到金属表面时，进入金属内部后的光波振幅迅速衰减，因此进入到金属内部的光量相应减少，从而使得反射光能增加较多。

通常来说，消光系数越大，光能振幅衰减就越迅速，进入到金属内部的光能就越少，反射率就越高。我们通常选择消光系数较大，光学性质比较稳定的金属来作为金属膜材料。在紫外区我们常用的金属薄材料是铝，而在可见光区我们常用铝和银，在红外区我们用金、银和铜。此外，铬和铂也经常作为一些特种薄膜的膜料来使用。由于在空气中铝、银、铜等材料易氧化而使性能降低，所以通常用电介质膜加以保护。我们常用的保护膜材料有一氧化硅、二氧化硅、氟化镁以及三氧化二铝等。

二、特性与技术

通过对增透膜技术的深入开发和研究，也促进光学增透膜的镀膜技术不断发展。光学增透膜的厚度通常要控制在可见光波长1/4波长的数量级上，对增透膜的均匀度也有非常苛刻的要求。即便如此，通过不懈探索，人们还是掌握了大量行之有效、先进的镀膜技术。日常常用的镀膜方法有化学气相沉积、真空蒸镀、溶胶—凝胶镀膜等方法。三者之中，溶胶—凝胶镀膜设备比较简单、可在常温常压下进行操作、微观结构可控、膜层均匀性高，适于不同尺寸、形状的基片，能通过控制制备工艺和配方得到高激光破坏阈值的光学薄膜，目前是高功率激光薄膜的最主要的制备方法。

一般的薄膜，不能使透射过光的光强达到最大，既不能使反射光达到最弱。是因为要增透的光通常不是单色的，而是有一定的频带宽度，而增透膜能对某一波长的单色光完全增透。因此我们通过多层镀膜技术来改善实际增透效果，同时也增加了透射光频宽。随着对增透膜研究不断深入，可以想象采用精密的镀膜技术为细小的光纤进行镀膜。

三、应用

电磁波在传播的过程中，在不同介质的分界面上，边界条件不同，能量的分布不同，这是增透膜增加透射光强度的主要原理依据。对于两边介质不同的单层增透膜薄膜，薄膜厚度是1/4波长的奇数倍而且薄膜的折射率n=（n1*n2）^（1/2）时（n1、n2分别是介质1、2的折射率），才能够使入射光能全部透过介质。一般来说光学透镜主要在空气中使用，对于折射率在1.5左右的光学玻璃，为使单层薄膜达到100%的增透效果，可使n1=1.23，或接近1.23；还要使增透薄膜的厚度=（2k+1）倍四分之一个波长。单层薄膜只针对某一特定波长的电磁波有增透作用，如果想在更大范围内和更多波长实现增透作用，我们可以利用镀多层膜来达到目的。我们对增透膜的利用已经有了丰富的经验，发现了许多可以作为增透膜的材料；同时也掌握了很多先进的镀膜技术，因此增透膜的应用涉及军事、医学以及太空探索等很多行业，为人类科技文明的进步作出了重大贡献。

其实看似很神秘的增透膜，已经渗透到了我们生活中的许多方面，比如我们形影不离的眼镜上也有增透膜的身影。我们眼镜片上通常会镀MgF2等材料作为增透膜，来增加对可见光的透射率，减少反射杂光，提高视觉舒适度（尤其在逆光情况下）。而近期针对人们所关注的染色眼镜对我们人体是否有害的问题，在经过加硬处理并同时镀上增透膜层，也可以起到提高品质的作用。

而在摄像中，增透膜那更是无处不在。镀不同材质和厚度的增透膜，与相机想匹配，便可达到不偏色的效果，甚至可以使拍摄出来的画面有不同的效果。例如英国著名蒲公英摄影师SharonJohnstone，便在他的相机镜头上涂了层增透膜，从而发生了球面反射，使他拍摄出来的蒲公英增添了质感，也有了不同寻常的美感。而在电影的拍摄中为避免发生镜面反射，通常也会使用增透膜进行处理。

四、结语

目前，如“增透膜”等光学薄膜已经在社会的许多领域发挥重要作用，对人类科技文明进步与社会发展做出重要贡献。我相信，随着科技的发展，光学薄膜一定会有更广阔的前景。