光学镀膜技术是光学领域的一项核心技术，它通过精密控制光在介质界面的反射、透射与干涉行为，赋予镜头、透镜等光学元件“超能力”——从提升成像质量到保护元件寿命，其应用覆盖消费电子、航空航天、医疗设备等众多领域。本文将从基础概念、光学镀膜核心作用、典型镀膜工艺流程以及知名镀膜设备厂商介绍等多个方面，解析光学镀膜的奥秘。
一、什么是光学镀膜？
光学镀膜是指在光学元件（如镜头、透镜）表面沉积一层或多层金属或介质薄膜的工艺这层薄膜厚度尺度通常在纳米及微米之间，材料包括氟化镁（MgF₂）、二氧化硅（SiO₂）、氧化钛（TiO₂）等。其核心原理基于 光的干涉效应 ：通过精确控制薄膜厚度和折射率，使特定波长的反射光相互抵消，从而减少反射损失，提升透光率（例如，镀膜后的镜头透光率可从85%提升至95%以上）。
二、为什么需要镀膜？
1.光能损失问题 ：未镀膜的玻璃镜片表面会反射约 4%-10% 的入射光，多镜片组成的镜头系统透光率可能仅剩 50% 。
2.消除杂散光干扰 ：反射光在镜头内部形成杂散光，导致 眩光（Flare） 和 鬼影（Ghosting） ，降低对比度和色彩还原度，镀膜技术可抑制此类干扰。
3.环境挑战 ：镜片易受划痕、油污、紫外线侵蚀，缩短使用寿命。
4.功能扩展 ： 如分光、偏振、抗紫外线等，满足激光、AR/VR等新兴领域的需求。
三、镀膜的核心作用
1.增透减反 ：单层增透膜可将反射率降至 1.5% ，多层镀膜（如宾得SMC）甚至低至0.2%，透光率高达99.8%。
2.抑制眩光 ：通过干涉原理消除杂散光，典型案例如 蔡司T*镀膜 ，可将眩光抑制率提高 30% 。
3.色彩平衡 ：选择性透过特定波长，如佳能 超级光谱镀膜（Super Spectra Coating）——抑制光线反射，减轻鬼影和眩光，调整各镜片色彩平衡的镀膜技术（如通过琥珀色/紫色等补偿层实现色彩一致性）。
图源：https://m.canon.com.cn/product/ef/info/info6.html
数码相机图像感应器的微透镜表面光线反射率高，和胶片相机相比镜头内部更容易发生乱反射。EF镜头为抑制镜片间乱反射，在镜片内表面施以了多层镀膜，图像感应器反射的光线可直接穿透镜片射出，从而尽可能地抑制眩光和鬼影的产生。
4.物理防护 ：加硬膜（如二氧化锆）提升耐磨性，疏水膜（氟化物）实现防水防污。
四、镀膜的分类及常用镀膜材料
1.按功能分类：
增透膜（AR膜）：利用光的干涉相消原理，如四分之一波长厚度的氟化镁膜可消除特定波长反射，透光率提升至99.5%。
高反射膜（HR膜）：用于激光反射镜，反射率可达99.8%，保障激光器能量高效传输。
滤光膜：选择性透射或反射特定波长，如红外截止滤光片在手机摄像头中的应用。
分光膜：将入射光按比例分为透射与反射，用于显微镜和投影系统。
2.按工艺方法分类：
物理气相沉积（PVD）：包括真空蒸发（成本低）和磁控溅射（精度高），适用于金属膜和氧化物膜。
化学气相沉积（CVD）：通过化学反应生成薄膜，适合复杂化合物如氮化硅。
离子辅助沉积（IAD）：在真空镀膜中引入离子束，提升薄膜致密性和附着力，用于高端镜头。
3.常用镀膜材料：
二氧化硅（SiO₂）
特性：优异的高温稳定性、高透明度（紫外至近红外波段）及低折射率（1.45），多层附着力强。
应用：抗反射膜、增透膜的核心材料，广泛应用于光学镜头、激光器件及微电子元件。
二氧化钛（TiO₂）
特性：高折射率（2.4-2.9）、抗紫外线及光催化活性，可调控颜色与反射率。
应用：消除眩光（眼镜、相机镜头）、自清洁涂层及太阳能电池增效。
氟化镁（MgF₂）
特性：低折射率（1.38）、宽透光波段（120nm-8μm）、耐高温与机械强度高。
应用：激光镜、精密光学仪器及紫外膜系的首选增透材料。
氟化物涂层
特性：耐候性优异，低表面能抗污渍，支持多波长反射调控。
应用：汽车玻璃防刮镀膜、耐腐蚀工业涂层。
锗（Ge）
特性：高折射率（4.0）、红外透射性（2-14μm）及化学稳定性。
应用：红外滤光片、热成像设备及抗反射镀膜。
金属涂层
特性：高反射率（铝、银等）、宽波段适用性。
应用：反射镜、太阳能集热器及装饰性镀膜。
介电涂层
特性：通过干涉效应调控光波，减少反射并增强透射。
应用：显示屏幕对比度提升、光电器件效率优化。
五、典型的镀膜工艺流程
1.基底准备
清洗：超声波清洗去除油污，等离子活化增强附着力。
真空环境：真空度通常为10^-3~10^-5 Pa级别，避免杂质污染。
2.镀膜实施
蒸发镀膜：加热靶材至气态，沉积于基底，适合单层增透膜。
溅射镀膜：高能离子轰击靶材，溅射原子沉积成膜，精度达纳米级。
多层膜设计：通过交替沉积不同折射率材料（如SiO₂和TiO₂），实现宽带增透或分光。
3.后处理与检测
退火处理：消除膜层应力，提升稳定性。
光学检测：分光光度计测量透射率/反射率，原子力显微镜分析膜层均匀性。
六、典型镀膜技术应用
典型的膜系应用
增透膜：膜厚为 λ/4 （λ为目标波长），利用相消干涉（如550nm绿光增透膜呈紫色反光）。佳能 亚波长结构镀膜（SWC） ，采用 纳米楔形结构 ，在曲率大的镜片上实现 反射率<0.05% 。
超疏水膜 ：仿生荷叶表面，接触角 >150° ，用于无人机镜头防雨水。
红外截止膜：手机摄像头滤除红外干扰，提升色彩准确性（如iPhone主摄的 蓝玻璃IRCF ）。
相机镜头多层镀膜：佳能“超级光谱镀膜”通过交替沉积7-8层膜，消除可见光全波段反射，透光率提升至99%。索尼G Master镜头采用氟化物镀膜，兼具抗污和抗划伤性能。
激光反射镜的高反射膜：采用交替沉积SiO₂和Ta₂O₅，反射率超99.9%，耐受高功率激光辐照。
AR眼镜的纳米级镀膜：类金刚石（DLC）镀膜提升透光率至98%，同时硬度达9H，延长使用寿命。
七、镀膜设备分类及镀膜厂商举例
1.镀膜设备类型分类举例
| 设备类型 | 特点及应用 |
| 真空蒸发镀膜机 | 成本低，但膜层均匀性略低 |
| 磁控溅射镀膜机 | 精度高，膜层均匀（用于半导体和高端光学元件） |
| 离子束辅助镀膜机 | 结合离子轰击，提升膜层附着力（适用于航天镜头） |
| 卷对卷镀膜机 | 连续生产柔性基材（如手机屏防反射膜） |
