薄膜光学
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第200页（2669字）
是近代光学的一个分支，研究光学薄膜的特性和设计、光学薄膜的淀积技术以及它对薄膜生长、微结构和薄膜光学特性影响、薄膜光学常数及基本特性的测试等。
是利用光波在薄膜系统中的传播特性，以改变表面的光谱反射、透射特性，或反射、透射光束的偏振状态及相位变化。
光学薄膜的设计，在20世纪在60年代末、70年代初曾是非常活跃引人注目的课题，现在已成为常规应用技术。自70年代以来，研究和发展工作更面向实际薄膜的制备和工程技术问题，使各类光学薄膜的性能有了显着提高。在过去20年中，取得的最大进展是人们在基础水平上对薄膜的特性、薄膜的成核、生长和微结构有了更深入的认识和理解；且薄膜被认为是各向同性的、均匀的平行平面薄膜。
实际薄膜或多或少地偏离于这种理想模型，使薄膜的所有特性都不及同样成分的块状材料。薄膜在大气环境中，随着潮气的吸附，它的光学的、机械的性能都要变坏，薄膜的光谱特性向长波方向的漂移则众所周知。
所有这些都和Pearson揭示的薄膜微结构有直接联系，即只要基板温度低于蒸发物溶点的0．45倍，热蒸发的光学薄膜都具有显着的柱状结构。所有柱体的外表面形成了比薄膜外表面大得多的内表面，而柱体之间留下了大小从数埃到数百埃的形似毛细孔的空隙。
表征薄膜紧密程度的一个重要量是聚集密度，它被定义为实心柱体的体积与整个薄膜体积(柱体+空隙)的比值。实测的光学薄膜的聚集密度大约从0．7到接近于1。
即使是聚集密度为0．9的薄膜，它仍然有10%的体积是空隙，它的折射率因而薄膜的折射率随着环境的变化而变化。只要环境是不加控制的，那么10%体积的薄膜性质是无法控制的。
薄膜的这种特殊的柱状生长被认为是由于达到基片表面的蒸汽分子或原子的有限迁移率和已经淀积的原子或分子对后继蒸发分子的阴影所造成的。基于这一模型所作的薄膜生长过程的计算机模拟也显示了柱状结构的特征。
薄膜的特殊构造所带来的潮气吸附是光学薄膜技术中的一个主要问题。潮气吸附是使薄膜光、机特性变坏和不稳定的主要原因，至今它还没有完全解决。但在过去的10年中所进行的电场辅助、离子辅助和低压反应离子镀技术的研究，对解决这一问题是有帮助的。
电场辅助对ZnS／Na3AIF6滤光片的稳定性有重要贡献，采用3400V、50Hz和－2400V的AC、，DC电场，可使滤光片吸潮后的光谱漂移接近于零，其机理主要归结为膜层结构和化学计量的改善，但电场辅助对氧化物膜几乎无作用，而离子辅助(IAD)和低压反应离子镀(PIPD)对改善氧化物性能有很大贡献。
光学薄膜技术仍将面临很大的挑战。一方面和激光陀螺、激光聚变及激光武器等有关的激光研究，课题对光学薄膜提出了苛刻的要求。例如大功率的钕玻璃激光聚变系统，在波长1．06μm处1ns的脉冲能释放200～300kJ的能量，并进而转换成二倍频和三倍频波长即0．53μm和0．35μm。激光系统对光学薄膜的要求可以归纳为以下3点：(1)正确的光谱特性 例如对KDP晶体和聚焦透镜的减反射膜要求3个波长上的反射率小于0．5%，而高反射膜的反射率均大于99%。
对三向色镜，则要求在1．06μm处有97%的反射率，在0．53μm和0．35μm处有50%的反射率。(2)具有高的稳定性 用于激光聚变的光学薄膜必须承受严酷的环境，特别是高温和灰尘。
(3)最重要的是抗激光破坏的性能 由于薄膜元件的激光破坏阈值远比同样材料的块料低，影响了激光系统的性能和效率。要使激光系统在接近于甚至优于块状材料的预期极限下运转，这是超出了当前光学薄膜技术的发展水平的。就高能激光应用来说，现今的光学薄膜中的吸收是太大了；薄膜的折射率也难以重复和控制；薄膜的应力水平也太高；与基片的附着力或薄膜与薄膜的附着力有时也不够理想。由于这种种原因，光学薄膜往往在远低于本征阈值的功率水平下就破坏了。
迄今，通过保护层、选择合适的材料和改进设计等措施，虽然损伤阈值有了可观的提高，但还远不能满足高能激光系统的要求。看来必须在基础水平上对薄膜的物、化特性作系统的研究，改善薄膜的制造工艺，才能提高薄膜的性能。
另一方面是适用于大面积、大批量生产的光学薄膜的发展。如近年来发展起来的建筑物窗口玻璃上的阳光控制薄膜和热反射镜。
由于它不仅可大大降低能源的耗费，而且可实现现代建筑的美学要求，因此受到建筑行业的关注。这种光学薄膜要求层数不多，但必须成本低，能耐恶劣的使用环境，适宜于大面积大批量生产。这不仅需要在设备上更新，而且还须借助于新颖的膜系设计、薄膜材料和制备工艺。目前制造这种薄膜主要有两种方法：(1)镀在聚合薄膜等软基底上，采用滚筒式磁控溅射设备；(2)直接镀在1m×2m或2m×3m的玻璃上，采用连续或半连续式磁控制溅射技术。
上述两个方面的制备技术和装备是相当不同的，但两者都须在薄膜材料方面开展基础的和应用的研究，以更好地理解薄膜的结构、光学特性以及制备工艺同结构和光学特性的关系。可以预料这将导致光学薄膜性能的全面提高。
为了提高薄膜性能，薄膜特性检测是不可缺少的。这些测试，包括光学特性、机械特性、化学特性和光学常数及膜层厚度的测量。在这方面的研究，目前仍是薄弱环节，有待于坚持不懈的努力。
。【参考文献】：
1 Pearson J M.Thin Solid Films, 1970,6:349～358
2 Gu P F. Electric -field -assisted deposition of optical coat-ings, 1988.156: 153～160
3 Gu P.F.Chen Y M,et al. Applied Optics, 1989,28: 3318 ～ 3322
4 Guenther K H,et al . Proc SPIE, 1989:1019
(浙江大学博士生导师顾培夫撰)