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減反射膜（增透膜）如何通過干涉現象減少反射光，增強透射光？

日期：2025-11-11 01:08

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摘要：減反射膜（增透膜）如何通過干涉現象減少反射光，增強透射光？

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

光學薄膜在我們日常生活中無處不在，如液晶電視機面板、手機鏡頭模組、眼鏡、車窗玻璃等等。早在1817年，夫瑯禾費（Fraunhofer）就用酸蝕法制成了世界上**批單層減反射膜；在1899年，法布里與珀羅（Fabry-Perot）制成了**個薄膜光學元件。兩百年來光學薄膜器件飛速發展，深入各家各戶。

光學薄膜的不同應用場景

在光學元件或獨立基板上，涂布單層或多層的介質膜、金屬膜和組合膜，可改變光經過元件時的傳遞特性，包括光的透射率、反射率、吸收率、散射、光場局部的偏振及相位等。

光學元件表面附著的薄膜厚度薄而均勻，且種類繁多。下面主要介紹減反射膜和高反射膜的實現原理和作用。

減反膜（增透膜、AR膜）

當光線從折射率為

n_{0}

的介質入射到折射率為

n_{1}

的另一種介質時，在兩種介質的分界面上就會產生光的反射。如果介質對光沒有吸收，界面是光學表面，光線垂直入射，則反射率

R=\frac{(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}

，透射率

T=1-R

。

如右圖所示，當一束光從空氣垂直入射到折射率

N_{s}=1.52

的N-BK7玻璃基板上，空氣的折射率

N_{0} =1

，那么在空氣-玻璃-空氣兩個界面的反射率如下：

R_{0S}=\frac{(N_{0}-N_{S})^{2}}{(N_{0}+N_{S})^{2}}=\frac{(1-1.52)^{2}}{(1+1.52)^{2}}=0.0425

R_{S1}=\frac{(N_{S}-N_{1})^{2}}{(N_{S}+N_{1})^{2}}=\frac{(1.52-1)^{2}}{(1.52+1)^{2}}=0.0425

通常光學玻璃的折射率在1.44~1.92之間，光學玻璃表面的反射率在3.25%~10%之間。而紅外光譜區經常使用的硅(

n=3.5

)或鍺(

n=4.0

)基底材料，每個表面的反射率分別可以達到31%或36%左右。

這種光學元件表面的反射在光學系統中會產生兩個負面影響：一方面會造成光能量的損失，使成像的亮度降低；另外也會導致分辨率下降，光學系統內部各表面多次反射而造成的雜散光也會到達像面，會造成像的襯度降低，分辨率下降。這兩種效應都會導致光學系統的成像質量下降。特別是對于復雜的光學系統，這兩個效應造成的影響更為嚴重。在光學元件表面鍍制減反射膜是克服這些缺點*有效的方法。

為了減少表面反射率，*簡單的途徑是在玻璃表面上鍍一層低折射率的薄膜，構成空氣-膜-玻璃三層介質，利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而增強透射。如下圖所示， $n_{0} -n_{1}- n_{2}$ 分別為空氣-增透膜材料-玻璃材料的折射率， $R_{1}、T_{1}$ 為空氣-玻璃界面的反射率和透過率， $（R_{2}）$ 為空氣-增透膜界面的反射率， $（T_{2}）$ 為增透膜-玻璃界面的透過率。

1. 只要 $n_{0} ＜n_{1}＜ n_{2}$ ，就有 $R_{2} ＜R_{1}$ ， $T_{2} ＞T_{1}$ ，這個單層介質膜就有減小表面反射率的作用，就是減反射膜；

2. 當 $n_{1}＜ n_{2}$ ，滿足膜層的有效光學厚度 $n_{1}d_{1}cos\left( \theta_{1}\right)=\frac{(2m+1)\lambda_{0}}{4}$ 則 $R_{min}(\lambda_{0})=\frac{(n_{0}n_{2}-n_{1}^{2})^{2}}{(n_{0}n_{2}+n_{1}^{2})^{2}}$

通過上式可知：

①

R(\lambda_{0})=0

的條件是

n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{2}}

②

R-\lambda

曲線呈V形，谷底是

R(\lambda_{0})

③

\theta_{0}\ne0

時，膜層的有效光學厚度為

n_{1}d_{1}cos\left( \theta_{1} \right)

所以

（\theta_{0}）

越大，

（R_{min}）

對應的波長越短。

減反射膜可以將光束在元件表面或界面的損耗減少到**，在激光技術、光電子技術、光通信技術、光顯示技術和光存儲技術等現代光學技術中得到了充分的應用。

單層減反射膜存在的問題是：V形減反射效果只能實現單一波長零反射，色中性差；此外，對于常用的玻璃基底，滿足 $n_{1}=\sqrt{n_{0}n_{S}}$ 的膜料不一定存在，很難實現零反射。當單層膜不能滿足需求的時候，可以尋求更多層的膜堆來提高減反射效果。

V型減反射膜（左）和W型減反射膜（右）

在多層膜的結構中，通過改變間隔層的厚度，可以使反射率極小值移到不同的波數位置上。根據不同折射率的基片去設計合適的減反射膜層堆能夠實現各種不同的需求。

高反射膜

前文提到，從光垂直入射鍍單層膜光學元件的反射率

R=\frac{(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}

計算公式中，可以看出當

n_{1}

越大，

R

越大，但是實際中的膜層折射率

n_{1}

是有限的，單層膜可以實現的*高反射率不會超過50%。對多層反射膜進行設計，使得膜層所有界面上反射的光束回到前表面時具有相同位相，從而產生相長干涉，在理論上就有望得到接近于100%的反射率。

如果采用高折射率 $（n_{H}）$ 、低折射率 $（n_{L}）$ 交替的介質多層膜，并使得介質膜系兩邊的*外層為高折射率層，每層厚度均為 $（\frac{\lambda_{0}}{4}）$ 。對于中心波長 $（\lambda_{0}）$ 的垂直入射反射率極大值為：

R_{max}(\lambda_{0})=\left[ \frac{1-(\frac{n_{H}}{n_{L}})^{2S}(\frac{n_{H}^{2}}{n_{S}})}{1+(\frac{n_{H}}{n_{L}})^{2S}(\frac{n_{H}^{2}}{n_{S}})} \right]^{2}

可知當 $（\frac{n_{H}}{n_{L}}）$ 的比值越大，或者當層數即（ $2S+1$ ）越多時， $R_{max}(\lambda_{0})$ 越大，理論上甚至可以無限接近于100%反射率。但在實際中，由于膜層的吸收、散射等損失，膜系到達一定層數后，繼續增加膜層對數也不會再提高其反射率。材料折射率、膜系設計也是*終影響元件反射率性能重要的一環。

高反射帶的波數寬度僅僅與構成多層膜的兩種膜料的折射率有關，差值越大，高反射帶越寬。膜料折射率不能無限的高，例如在可見光區域有實用價值的材料中，折射率*高不超過2.6，*小不小于1.35，因此高反射率帶寬是有限的。展寬高反射帶寬度有兩種方法：一種是膜系各層厚度有規律的遞增/遞減；另一種是堆疊兩個/多個中心波長的不同多層膜系。

例如上圖，把兩個奇數層的高反射膜堆聯合起來，重疊部分（虛線C處）會出現一個很窄的透射帶，但總體的高反射帶得到了展寬。當介質高反射膜用于傾斜使用的時候，S偏振和P偏振的反射帶寬不再相等，波形會發生一定的改變。

總的來說，入射角度增大，反射帶會整體向短波方向移動，總的反射帶寬也會改變，兩端的陡度變差。如果僅需要寬反射帶，而不追求特別高的反射率，或者需要偏振不敏感，可以選擇金屬膜。

關于我們

采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。
卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。

卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術！
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