电介质涂层

光学涂层的目的是改变光学表面的反射率。根据所使用的材料和物理现象，原则上可以区分金属涂层和电介质涂层。金属涂层用于反射器和中性密度滤光片。可以达到的反射率由金属的特性决定。我们的目录中介绍了一些光学应用中最常见的金属。

但是，介电涂层使用光学干涉来改变涂层表面的反射率。另一个主要区别是用于这种涂层的材料显示出非常低的吸收率。使用光学干涉涂层，光学表面的反射率可以从接近零（抗反射涂层）到接近100％（R> 99.999％的低损耗反射镜）变化。但是，这些反射率值仅在特定波长或波长范围内才能达到。

有关光学干涉涂层物理的更详细的解释，请参阅我们的目录和第22页上引用的文献！

基本

单个介电层对表面反射率的影响如图1所示。入射光束（a）在空气层界面处分为透射光束（b）和反射光束（c）。透射光束（b）再次被分成反射光束（d）和透射光束（e）。反射光束（c）和（d）可能会干涉。

图1：解释高折射率材料（左）和低折射率材料（右）的四分之一波层的干涉效应的示意图

P
W.之后 Baumeister“光学镀膜技术”，SPIE新闻专着，PM 137，华盛顿，2004年

在图1中，波长由反射光束的阴影表示。“光到光”或“黑到黑”的距离是波长。取决于反射光束之间的相位差，可能会发生相长或相消干涉。

两种介质之间的界面的反射率取决于介质的折射率，入射角和光的偏振。通常，它由菲涅耳方程描述。

光束（c）和（d）之间的相位差由该层的光学厚度n·t（折射率n和几何厚度t的乘积）给出。此外，必须考虑到，如果来自低折射率介质的光在界面处被反射到高折射率介质，则发生π的相跳，即半波。

防反射涂层

单个低折射率层可以用作简单的增透膜。为此目的最常用的材料是在VIS和NIR中折射率n = 1.38的氟化镁。这种材料将熔融石英的单位表面反射率降低到R〜1.8％，将蓝宝石降低到几乎为零。

可以为所有基板材料设计由2至3层组成的单波长增透膜，以将给定波长的反射率降低到几乎为零。这些涂层特别用于激光物理学。也可以使用几种波长或宽波长范围的增透膜，并由4至10层组成。

图2：单波长AR涂层（“V涂层”）（a）和宽带AR涂层（b）的示意性反射光谱

镜子和部分反射镜

最常见的反射镜设计是所谓的四分之一波长堆叠，即，对于所需的波长，具有相等的光学厚度n·t =λ/ 4的高低折射率交替层的堆叠。这导致在层之间的每个界面处产生的反射光束的相长干涉。对于给定数量的层对，反射带的光谱宽度和可获得的反射率取决于层材料的折射率之比。较高的折射率比导致较宽的反射带，而使用较低折射率比的材料可以产生较窄的反射带。

图3：四分之一波叠层的示意图，由具有相同折射率的高折射率材料（灰色阴影）和低折射率材料（无阴影）的层组成（在[1]之后）（a），四分之一波堆栈的反射光谱由 15对Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2（b）

[1P.W. Baumeister“光学镀膜技术”，SPIE新闻专着，PM 137，华盛顿，2004年

为了可视化不同折射率比率的影响，图3b比较了由15对Ta2O5 / SiO2和TiO2 / SiO2组成的四分之一波长堆栈在800nm处的反射光谱（n1 / n2 = 2.1 / 1.46和2.35 / 1.46）。

假设理想的涂层吸收和散射损耗为零，则随着层对数量的增加，理论反射率将接近R = 100％。也可以仅使用少量的层对来制造具有在R = 0％和R = 100％之间的几个离散反射率值的部分反射器（请参见图4）。将一些非四分之一波长层添加到此类堆栈可以将反射率优化到任何所需的值。

图4：800nm处由1、2、3、5、10和15层Ta2O5 / SiO2对构成的四分之一波堆叠的反射率

图4还显示，层对数量的增加导致反射率带的边缘变陡。这对于边缘滤镜（即具有平滑边带的反射镜）尤其重要。极端陡峭的边缘需要大量的层对，这又导致很高的反射率。极高的反射率值需要非常低的光学损耗。这可以通过使用溅射技术来实现。