增透膜

这是 《激光光学件资源指南》的 第 11.3 节 。

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爱特蒙特光学为所有 TECHSPEC® 透射光学元件提供多种增透（AR）镀膜选项，可显著提升光学效率——通过提高透光率、增强对比度并消除重影来实现。大多数AR镀膜还具有出色的耐久性，能同时抵御物理损伤和环境侵蚀。基于这些优势，绝大多数透射光学元件都会配置某种形式的增透镀膜。在为特定应用选择AR镀膜时，必须首先充分了解系统的完整光谱范围。虽然AR镀膜能大幅提升光学系统性能，但在设计波长范围之外的波段使用镀膜反而可能降低系统性能。

‌为何选择增透镀膜？‌

由于菲涅尔反射效应，当光线从未镀膜的玻璃基底穿过时，每个界面会反射约4%的入射光。这将导致系统总透光率仅剩92%，在许多应用中会造成严重影响 (图 1).过量反射光不仅会降低通光效率，在激光应用中还可能引发激光诱导损伤。增透 (AR) 镀膜应用于光学表面，可提高系统的光吞吐量，并减少因后向反射穿过系统并产生鬼影而造成的危害。后向反射还会使杂散光进入激光腔，导致激光系统失稳。对于含有多组透射光学元件的系统，AR镀膜尤为重要。多数弱光系统都会采用 镀增透膜光学元件 ，以实现光线的高效利用。

图1：菲涅尔反射发生在所有介质界面。每当反射光线到达新的界面时，其部分能量会再次经历菲涅尔反射¹

增透（AR）镀膜通过精密设计，使薄膜上下边界反射光束产生180°的相对相位差。当两束反射光发生相消干涉时，它们在离开表面前即相互抵消(图 2).光学镀膜厚度必须为$\tfrac{\lambda}{4}$,的奇数倍其中$ \small{\lambda} $ 为设计波长或优化峰值性能的波长，以实现反射光束之间 $\tfrac{\lambda}{2}$ 的所需光程差。当满足此条件时，将导致光束相消干涉。<35>折射率</35>实现反射光束完全相消干涉所需的薄膜折射率$ \small{\left( n_f \right)} $可通过入射介质折射率 $ \small{\left( n_0 \right)} $ 和基底折射率 $ \small{\left( n_s \right)} $计算得出。

(1)$$ i =\frac｛n_0｝｛2｝$$

图2：每一层镀膜的折射率和厚度都经过精确控制，以实现各反射光束之间的相消干涉

抗反射V型镀膜是一种特殊的AR镀膜，设计用于在指定设计波长(DWL)为中心的极窄波段内提高透射率。这种镀膜被称为"V型镀膜"，因为其透射率随波长变化的曲线呈"V"形，在DWL处达到最低点。当使用单频、窄线宽激光器或窄半高宽(FWHM)光源时，V型镀膜是实现最大透射率的理想选择。¹ V型镀膜在DWL处的反射率通常低于0.25%。然而，该镀膜的反射曲线在局部呈现近似抛物线形状，在DWL以外的波长处反射率会显著升高(<52>图3</52>)。

图3：266nm激光V型镀膜示例（专为实现266nm波长最大透射率而设计）

表 1 展示了EO公司标准激光V型镀膜的反射率及有保证的激光诱导损伤阈值(LIDT)性能参数。

标准激光V型镀膜
DWL (nm)	Coating Specifications	损伤阈值，脉冲$\left(\tfrac｛\text{J}{\text{cm}^2}\right)$
266	R <0.25%@ DWL	3 @ 266nm, 20ns, 20Hz
343	R <0.25%@ DWL	7.5 @ 343nm, 20ns, 20Hz
355	R <0.25%@ DWL	7.5 @ 355nm, 20ns, 20Hz
515	R <0.25%@ DWL	10 @ 515nm, 20ns, 20Hz
532	R <0.25%@ DWL	10 @ 532nm, 20ns, 20Hz
980	R <0.25%@ DWL	10 @ 980nm, 20ns, 20Hz
1030	R <0.25%@ DWL	15 @ 1030nm, 20ns, 20Hz
1064	R <0.25%@ DWL	15 @ 1064nm, 20ns, 20Hz

表1：反射率规格及激光损伤阈值（LIDT）保证——适用于EO标准激光V型镀膜，可定制波长

由于当光源波长偏离设计波长（DWL）时反射率会急剧上升，V型镀膜光学元件必须严格在镀膜设计波长或极接近该波长的条件下使用。V型镀膜的特性在于其透射曲线呈半周期性：在DWL的谐波波长处（例如$ \tfrac{\lambda_0}{2} $ 或 $ \tfrac{\lambda_0}{4} $)）会出现反射率局部极小值，但这些位置的反射率优化程度不如设计波长。V型镀膜通常仅由两层镀膜构成。简易V型镀膜可能仅包含a $ \tfrac{\lambda}{4} $,度的单层膜，但若需调整带宽或缺乏合适折射率的镀膜材料时则需增加层数。多层镀膜可补偿不同入射角的影响，但结构更复杂且易导致带宽增大。若V型镀膜层厚误差会导致反射率上升及设计波长偏移。Edmund Optics的V型镀膜实际反射率通常远低于0.25%，但所有标准V型镀膜在设计波长处的反射率规格均为<0.25%。该容差设计可吸收镀膜工艺导致的设计波长微小偏移。

宽带增透膜（BBAR）专为更宽波段的透射优化设计。适用于广谱光源及多谐波生成激光器。BBAR镀膜的反射率通常略高于V型镀膜，但其更宽的透射波段使其具备更强通用性。除了应用于包括透镜和窗口在内的透射光学元件外，增透膜（AR）还被用于激光晶体和非线性晶体上，以最大限度地减少空气与晶体接触面产生的菲涅尔反射。¹

宽带增透膜（BBAR）镀膜规格选项

Edmund Optics提供所有带可选单层介电抗反射(AR)镀膜的TECHSPEC®透镜,以减少表面反射。此外,定制单层，多层，V和2V镀膜可用于我们的现货和大批量定制订单。有关信息，请查看定制光学透镜涂层。

Figure 4: 波长选择图

$\tfrac｛\lambda｝｛4｝$ MGF₂：最简单的AR镀膜是$\tfrac｛\lambda｝｛4｝$ MGF_2，以550nm为中心(在550nm下折射指数为1.38)。MGF₂ 镀膜是宽带应用的理想之选，但其效果取决于所涉及的玻璃类型。

VIS 0° and VIS 45°: VIS 0°(0°入射角)和VIS 45°(45°入射角)提供425–675 nm的最佳透射率，平均反射率分别降低到0.4%和0.75%。对于可见应用，VIS 0°AR涂层优于MGF₂。

VIS-NIR我们的可见光/近红外宽带增透膜经过特殊优化，可在近红外波段实现最大透射率（>99%）。

Telecom-NIR：我们的电信/近红外镀膜是专为1200-1600nm通信波段设计的宽带增透膜。

UV-AR和UV-Vis：紫外镀膜应用于我们的紫外熔融石英透镜和紫外熔融石英窗口，以增强其在紫外波段的性能表现。

NIR I和NIR II：我们的近红外I和近红外II宽带增透膜在常见光纤、激光二极管模块和LED照明使用的近红外波段具有卓越性能。

SWIR: 短波红外宽带AR镀膜适用于900 - 1700nm的应用。

图5，图6和表2显示了EO的标准Bbar镀膜规格。

图5: EO标准可见光波段增透膜

图6EO标准近红外(NIR)波段增透膜覆盖400-1600nm范围，但可定制设计超过2µm的特殊镀膜

图7：EO标准红外(IR)波段增透膜

表2：EO标准Bbar镀膜的反射率规格

以下TECHSPEC®Optics提供抗反射镀膜

透镜

棱镜

窗口片

参考文献

1. Paschotta, Rüdiger. Encyclopedia of Laser Physics and Technology, RP Photonics, October 2017, www.rp-photonics.com/encyclopedia.html

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