从眼镜到精密激光镜片，绝大多数光学器件的表面都有某种可增强性能的薄膜涂层。这种镀膜涂层可能有助于减少眼镜上的干扰反射，提高工业激光系统提供的功率，或者在流式细胞仪中选择性地通过某些波长来识别细胞。镀膜涂层还可以使光学器件的表面更加耐用且更易于清洁。
镀膜涂层如何发挥作用？
薄膜涂层利用光波之间的干扰效应发挥作用。这与肥皂泡和浮油中出现颜色的现象相同，即使肥皂或油本身是无色的。
下图演示了干扰效应如何工作的基础知识。如果没有涂层，玻璃表面会反射大约 4% 的入射光。这意味着只有 92% 的光线穿过窗户或玻璃镜片（因为有两个表面 - 正面和背面）。这种光损失降低了光学系统的吞吐量或效率。对于包含多个单独组件的相机镜头之类的东西，这也会降低图像对比度。
通常情况下，玻璃光学器件的每个表面反射大约 4% 的可见光。如果在表面涂上一层薄涂层，就会产生第二次反射。通过控制涂层厚度和折射率，可以实现各种效果，包括几乎完全消除反射。
在光学器件表面上放置涂层会产生第二次反射 – 一次反射来自涂层顶部，另一次反射来自涂层/玻璃界面。如果涂层厚度是光波长的四分之一，那么这两条光线将完全异相（如图所示）。如果两个波的振幅也相同（取决于材料的折射率），那么它们将完全相消干涉。这意味着根本不存在反射 – 至少在特定角度和波长下是这样。这是一种抗反射 (AR) 涂层。
镀膜涂层通常包含由两种或更多种不同材料组成的多层。这样排列是为了产生各种效果，所有这些效果都利用了刚刚提到的光波干涉的基本机制。大多数涂层可分为以下几类：
涂层功能 |
解释 |
抗反射 (AR) |
用于抑制不需要的表面反射。可以在单一波长或一定波长范围内工作。 |
高反射 (HR) |
镜面涂层可提高表面的反射率。可以在单一波长或一定波长范围内工作。 |
部分反射 |
分束器传输部分输入光并反射其余部分。通常以非零入射角使用它们。 |
短波通/长波通 |
它们通过较短的波长并传输较长的波长，反之亦然。通常以非零入射角使用它们。 |
带通 |
这些滤光片通过中心值附近的一系列波长，并拒绝其他所有波长。 |
偏振 |
将入射光分成正交偏振分量，通常透射一个分量并反射另一个分量。 |
有时，涂层的功能不仅仅是改变光学特性。例如，透明导电涂层广泛用于触摸屏以提供电子功能。分别防水和防油的疏水和疏油涂层也经常应用于触摸屏。采用类金刚石碳 (DLC)、蓝宝石薄膜和其他材料可增强光学器件的机械耐用性。
镀膜涂层是如何形成的？
制造涂层需要能够在目标材料上沉积多个薄层（通常厚度约为 100 纳米到几微米）的电介质或金属。对于几乎所有涂层来说，保持对每层厚度及其折射率的精确控制至关重要。这些属性在整个组件中的一致性也很重要。
理想情况下，制造商还可以控制各层的机械特性，例如每层中的拉伸或压缩应力的大小。这对于生产出既耐用又能很好地粘附在基材上的最终产品是必要的。
最常用的涂敷方法是各种形式的物理气相沉积 (PVD) 或化学气相沉积 (CVD)。例如，最古老且使用最广泛的 PVD 技术之一是蒸发镀膜。采用这种方法时，光学器件被放置在高真空室中。涂层材料通过电阻或电子束轰击加热直至蒸发。蒸发产生的蒸气充满真空室并在光学表面上重新凝结，从而形成涂层。
每种涂层技术都有其特定的功能、优点和缺点。Coherent 高意几乎采用了所有可用的主要方法，以便为每个应用场景提供最佳结果。以下图表比较了这些方法的一些关键特征。
方法 |
蒸发 |
离子辅助沉积蒸发 |
离子束溅射 |
磁控溅射 |
|
波长范围 |
<266 nm |
+ |
– |
O |
– |
266 nm – 5 µm |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
>5 µm |
+ |
– |
O |
– |
|
成本 |
+ |
O |
O |
+ |
|
机械和环境耐用性 |
– |
O |
+ |
O |
|
散射和吸收 |
– |
O |
+ |
O |
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激光破坏 |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
沉积精度 |
– |
O |
+ |
O |
|
Coherent 高意的涂敷技术 – 范围、质量和数量
持续生产高质量的光学涂层（尤其是大批量生产）需要的不仅仅是沉积室本身。它需要从涂层设计开始。这意味着需要确定材料和涂层厚度组合，以提供所需的光学性能，并满足机械耐用性、激光损伤阈值、成本或其他任何特性要求。
然后，通常需要采用一系列过程监控仪器和计量设备来控制和测量沉积本身期间的涂层特性。这能够确保在光学器件上忠实地再现涂层设计。各种计量仪器用于测量成品的光学和机械性能。
Coherent 高意是一家垂直整合的光学器件制造商，这使我们处于独特的地位，可以提供几乎任何数量的高质量光学涂层。我们制造基材、制造组件、设计和生产涂层，甚至制造装配组件 – 全部在内部完成。我们在其中每一个领域都拥有深厚的知识和经验。
Coherent 高意还拥有测试设备来验证组件性能的各个方面。事实上，我们在生产的每个步骤都有质量保证 (QA)，并对我们制造的每个光学器件进行 100% 的检查。
所有这些都使我们能够控制从原材料到成品的整个流程，以保证我们产品的每一个光学和机械规格等。这意味着我们能够提供安全的供应链，以最大限度降低客户的风险和不确定性。此外，Coherent 高意能够大规模生产各种设备，这使我们能够根据需要生产任何类型的涂层，并实现批量生产。
生产硬涂层前景光明
我们广泛的能力（特别是在材料方面）也使我们在开发新涂层方面处于领先地位。其中一个典型的例子是我们独特的金刚石膜 (DOC)，它主要用于红外光学器件。
红外光学器件应用广泛，包括消费类电子产品、医疗器械、工业激光系统以及军事和航空航天成像仪。所有这些领域的光学性能需求都在不断增加。其中许多应用领域还需要实现耐用性和可靠性，特别是能够反复清洁光学器件表面而不损坏涂层的性能。
过去，用户必须在传统涂层和类金刚石碳 (DLC) 涂层之间进行选择，传统涂层具有高性能，但可能不具备很高的耐用性，而类金刚石碳涂层则具有出色的耐用性，但性能不突出。具体来说，DLC 抗反射涂层通常是单层设计，只能部分改善光学传输，并且仅限于某些基材，例如锗和硅。
DOC 无需进行这种权衡，它能够提供传统蒸发涂层的出色光学性能和 CVD 金刚石薄膜无与伦比的耐用性。为了制造 DOC，我们采用了定制设计的涂层系统，该系统将蒸发方法和 CVD 整合到一个工艺中。
虽然制造 DOC 需要专门的设备，但我们的大部分技术实际上依赖于涂层设计。具体来说，该设计必须将类金刚石碳膜的高折射率和高机械应力与底层 PVD 材料相匹配。
DOC 有多种应用，工业激光加工是该涂层稳固性的一个很好的例子，特别是在印刷电路板上高速、大批量钻孔（称为通孔）。窗口可以保护激光聚焦光学器件，并防止钻孔过程中的碎片溅射。使用涂有金刚石的保护窗可延长清洁间隔时间。它还可以进行强力清洁，以去除铜和其他颗粒，同时仍然保持其光学特性，从而大大延长其使用寿命，并减少更换保护窗的成本和停机时间。
另一个应用场景是基于光学的葡萄糖测量系统中的最终透镜表面。在此场景中，最终的光学器件与患者或样本接触，因此可能需要定期清洁。同样，DOC 支持在不损坏光学器件的情况下对其进行清洁。
DOC 代表了涂层技术的突破。但这只是 Coherent 高意可以生产的多种涂层中的一种。详细了解我们的涂层制造能力。
