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减反膜的制备及其应用 减反膜简介： 减反射膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。 最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。 一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果，为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。 减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。 对激光薄膜来说，减反射膜是激光损伤的薄弱环节，如何提高它的破坏强度，也是人们最关心的问题之一。 2、减反膜的原理： 减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，那么互相抵消了。减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜，使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。 3、制备方法和工艺 ： 每种方法都有其特点和特定的应用范围,寻找可以100%透过的减反膜制备方法尚有困难,只能根据不同的特点和要求,分别采用不同的方法和工艺。下面将分别介绍这些方法,并较详细的介绍真空蒸镀法、电阻加热法和电子束蒸镀法。 1）真空蒸镀 真空蒸镀与其他成膜法相比,工艺比较简单,容易操作,成膜速度快,效率高等优点,因此广泛的应用于减反膜的镀制[2-3]。R1Kaigawa等[4]采用一系列的真空蒸镀方法镀制了Cu(In,Ga)S2薄膜,在250℃下镀制In2Ga2S(In∶Ga=017∶013)薄膜,蒸 镀时间为30min,膜层厚度为015μm;在510℃下,再镀制Cu和S,时间为36～72min,厚度均为015μm。在薄膜当中加入S元素,增强了混合物的光吸收的分布,此减反膜用于太阳能电池中,可以使得其效率提高913%,这对于当前的太阳能电池的转换效率来说,是一个很大的提高。薄膜当中S元素的量直接影响到薄膜当中In,Ga分布的均匀性,从而也将影响薄膜的光学特性。因此,在镀膜过程中应控制好S元素的量。 真空蒸镀的发展主要体现在加热蒸发材料的方式上,按加热方式的不同,可以分为电阻加热法、电子束蒸镀法等。 2）电阻加热法 电阻加热法迄今已经有近百年的历史。这种方法由于温度有限不能蒸发高熔点材料,且高温下材料和蒸发器发生化学反应,因此只能进行部分材料的镀膜。潘永强等[5]采用此方法镀制了减反膜。膜系为G|BaF2ZnSeBaF2YF3|A,基底需用800eV左右的Ar+离子束轰击5min,硒化锌采用钼舟电阻热蒸发。基底的温度应控制在200℃±5℃,ZnSe的沉积速率控制在012nm/s,BaF2和YF3的沉积速率分别为410和110nm/s。得到的减反膜峰值透射率达到99%以上,在整个设计波段的平均透射率大于98%,膜层的附着性能好,光机性能稳定。但由于电阻加热法对于薄膜的沉积速率较难控制,所以实际上可以通过控制镀膜时间来控制镀膜速率。 3）电子束蒸镀法 电子束蒸镀的特点是可以获得极高的能量密度,可以蒸发难熔金属或化合物,热效率高,使用方便,因此国内外常采用这种方法来镀制减反膜。V1Barrioz等[6]镀制了单层的YF3减反膜。沉积速率为116～1167nm/s,膜层厚度为800nm,整个膜系的平均反射率小于5%,可以很大程度上提高太阳能光生伏打电池的性能。M1Fadel等[7]镀制了可用于可见光、近红外和红外区域的4层减反膜,薄膜材料采用HfO2和MgF2,膜系结构为 G|60HfO87MgF2550HfO2260MgF2|A(中间的参数是膜层厚度,单位是nm),沉积速率为015nm/s,此减反膜的平均透射率达到98%以上,最低的反射率小于0175%。H1GaneshaShanbhougue等[8]镀制了近红外波段的五层减反膜。本底真空为1×10-5Pa,基片温度控制在120±10℃,高折射率材料采用一定比例组合的ZrTiO4和 ZrO2混合物,折射率为1192,低折射率材料采用MgF2,减反膜膜系为 G|11351192113511921135|A,各膜层厚度为230/360/35/50/525nm。此减反膜在1200～2000nm波段的透射率大于9910%,并且波动较少,在1180～1880nm