光学真空镀膜机的应用及发展

孙海新

（歌尔股份有限公司，山东潍坊 261000）

0 引言

光学镀膜是指在真空条件下，用物理的方法在元件表面镀上一层或多层膜的过程。光学镀膜可以改变元件的光学性能，以满足不同场景的需求。随着工业技术的发展，用户对镀膜质量以及生产成本提出了更高的要求，不断提高的用户需求使得必须不断改进生产工艺。介绍光学镀膜机的结构以及镀膜工艺在部件选择和真空室配置等方面的决定性作用，针对Lens（镜头）的膜系生产提出了镀膜工艺的改进方法，以达到提高生产精度、降低生产和维护成本、减少污染的目的。

1 光学镀膜机的结构及原理

1.1 光学镀膜机结构

光学镀膜机由真空系统、蒸镀系统、冷却系统和电气系统组成，其中真空系统由真空罐和排气系统组成。真空罐是镀膜机的主体，镀膜过程就是在真空罐中完成的，通过连接阀将真空罐和排气系统相连。为了防止空气分子对溅射离子的影响、提高膜层的质量，在工作时，必须将光学元件和离子源置于真空环境中。排气系统主要由机械泵、罗茨泵和真空泵组成，负责排出真空罐内的气体、使罐内形成真空环境。

蒸镀系统主要指成膜装置部分，镀膜机器的成膜装置有很多种，如电阻加热、电子枪蒸发、磁控溅射、射频溅射、离子镀等。

1.2 光学镀膜机工作原理

光学镀膜机通过真空溅射的方式在光学元件上涂镀薄膜，以此改变元件对入射光线的反射率和透过率。同时，为了尽可能地减少元件表面的反射损失、提高成像质量，往往涂镀多层薄膜。光学元件镀膜后，光在多层膜层的表面进行多次反射和透射，形成多光束干涉，通过控制膜层的厚度和折射率，可以得到不同的强度分布。利用这一原理可以制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉滤光片等，以满足更加复杂的需求。

2 光学镀膜机的特点及应用

相比于传统的真空镀膜机，光学镀膜机有以下3 个特点。

（1）光学薄膜表面光滑，膜层间的折射率在表面上可以跃变但在膜层内折射率是稳定不变的。

（2）光学镀膜机镀膜过程中基件的温升更低，所以光学镀膜机可以在对温度较敏感元件的表面镀膜。

（3）对于光学元件的镀膜，光学镀膜机具有更高的精度，膜层更加均匀、光学性能更加稳定。

目前，光学镀膜机已经在光通信、光显示、激光加工、航空航天和AR（Augmented Reality，增强现实）、VR（Virtual Reality，虚拟现实）等领域得到了广泛的应用。

3 光学镀膜机改进方法

光学镀膜机在实际生产应用中涉及到成本、效率和性能等内容。设备尺寸和蒸发源配置取决于公司的发展定位，这基本上已固定，所以离子源配置和真空系统效率是主要考虑内容。

3.1 离子源配置

光学镀膜机所配置的离子源如表1 所示。

表1 离子源的工作原理及特点

从成本、性能和污染量3 个方面综合考虑，选取射频源作为离子源，以此保证1.8M 镀膜机尺寸下树脂Lens（镜头）膜的离子束密度和功率。

3.2 高真空泵的选择

高真空泵配合机械泵进一步降低真空罐内的真空度，较高的真空度有利于提高膜层质量。从购置及维护成本、真空效率、启停时间和污染量等方面综合考虑，选择用分子泵取代传统的扩散泵（表2）。

表2 扩散泵与分子泵对比表

由表2 可以看出，相同抽速流量下，分子泵相比于扩散泵不仅保养费用低，而且功耗更低、启动时间更短。由于分子泵不使用油液，因此其不存在油污染的问题。相比于传统的扩散泵，分子泵具有抽速大、启动快、无油污染、维护简单等优势，但也存在购置成本高、结构复杂的问题。