【康沃真空網(wǎng)】設(shè)計(jì)滿足特定要求的光學(xué)薄膜系統(tǒng)今天已非難事。
相比之下，制造一個(gè)特性符合理論設(shè)計(jì)的薄膜系統(tǒng)卻要困難得多。毫無(wú)疑義，當(dāng)今的薄膜制備技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，特別是光學(xué)薄膜在光通信波分復(fù)用技術(shù)中的重要應(yīng)用，無(wú)論是對(duì)薄膜制備設(shè)備還是對(duì)薄膜制備工藝都產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用，并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的意義。
但是，即便如此，我們?nèi)杂欣碛砂驯∧ぶ苽浼夹g(shù)描繪成科學(xué)與藝術(shù)各半的工作，這就是說(shuō)，我們對(duì)薄膜制備技術(shù)的理論認(rèn)識(shí)還有許多不足之處，有時(shí)只能依靠技巧來(lái)彌補(bǔ)理論知識(shí)的不足。
許多薄膜工作者深有體會(huì)，相同的薄膜設(shè)計(jì)，因操作者不同，或時(shí)間不同，或設(shè)備不同，結(jié)果可以相差甚大，就是這個(gè)緣故。影響薄膜特性的工藝參數(shù)非常多，但是我們對(duì)這些參數(shù)的測(cè)控卻非常有限。
舉例來(lái)說(shuō)，我們雖已能比較準(zhǔn)確地測(cè)控真空度，但是目前的設(shè)備幾乎都無(wú)法測(cè)控殘余氣體成分，而殘余氣體的成分，如水氣等，不僅隨設(shè)備差異極為顯著，而且對(duì)薄膜特性的影響也極其敏感。
薄膜制備技術(shù)的內(nèi)容隨著薄膜應(yīng)用的不斷開(kāi)拓而越來(lái)越廣泛。
眾所周知，以往許多光學(xué)薄膜的制備主要局限于物理氣相沉積（PVD），如今化學(xué)氣相沉積（CVD）在光學(xué)薄膜制備技術(shù)中的比重正在不斷增加。
在 PVD技術(shù)中，以往大量采用真空熱蒸發(fā)技術(shù)，但近年來(lái)的發(fā)展趨向表明，濺射技術(shù)正在成為高性能光學(xué)薄膜制備的主流。
不僅如此，傳統(tǒng)的光學(xué)薄膜和光電子功能薄膜的結(jié)合，一維光學(xué)薄膜向多維薄膜光子晶體的擴(kuò)展以及薄膜在 MEMS或MOMES中的應(yīng)用等，都是我們值得重視的薄膜新概念、新設(shè)計(jì)、新方法、新應(yīng)用。
真空技術(shù)是薄膜鍍制的重要基礎(chǔ)。用物理方法鍍制薄膜就是將欲鍍的薄膜材料經(jīng)過(guò)加熱或給予足夠的動(dòng)量，使它分解為原子、分子，并使它們?cè)诨咨夏Y(jié)形成薄膜。這個(gè)鍍膜過(guò)程，如果在大氣中進(jìn)行，那么大氣中的各種氣體分子就會(huì)產(chǎn)生以下一些不良影響;
① 空氣中的活性分子與薄膜、蒸發(fā)材料、蒸發(fā)用的加熱器等發(fā)生反應(yīng)，形成化合物。
?、?氣體分子進(jìn)入薄膜而形成雜質(zhì)。
?、?氣體分子妨礙蒸發(fā)物質(zhì)的原子、分子直線前進(jìn)，從而不少蒸氣分子不能到達(dá)基底。
?、?蒸發(fā)物質(zhì)在真空中達(dá)到飽和蒸氣壓所需的溫度要低于空氣中要求的溫度，例如，金屬鋁在大氣壓時(shí)須加熱到2400℃才能氣化蒸發(fā)，而在真空中（壓強(qiáng)為10-8Pa時(shí)），加溫到841 ℃就可氣化蒸發(fā)。
因此，排除氣體分子，使鍍膜過(guò)程在真空條件下進(jìn)行是十分必要的。所以說(shuō)薄膜鍍制最重要的裝置是真空設(shè)備?！叭绾潍@得”真空是一門重要技術(shù)。
常見(jiàn)的光學(xué)薄膜的制備方法
1.物理氣相沉積法
物理氣相沉積法簡(jiǎn)單地說(shuō)，在真空條件下，采用物理方法，將材料源—固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體(或等離子體)過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。
發(fā)展到目前，物理氣相沉積技術(shù)不僅可沉積金屬膜、合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體、聚合物膜等。之所以選擇高真空環(huán)境是因?yàn)楸∧げ牧显诔练e的過(guò)程中不會(huì)與空氣中的活潑氣體反應(yīng)，以及蒸汽分子在真空環(huán)境中不會(huì)與氣體分子碰撞，而是直接地到達(dá)基片。
在實(shí)際薄膜沉積的過(guò)程中，需要控制的工藝參數(shù)非常多，通常涉及到真空技術(shù)、材料科學(xué)、精密機(jī)械制造、光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域。
2.離子束輔助沉積法
離子束輔助沉積法是在氣相沉積鍍膜的同時(shí)，利用高能粒子轟擊薄膜沉積表面，對(duì)薄膜表面環(huán)境產(chǎn)生影響，從而改變沉積薄膜成分、結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這種把離子輔助與反應(yīng)蒸發(fā)法結(jié)合起來(lái)的鍍膜技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)低溫成膜，改善薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能并且提高薄膜和基體的結(jié)合力，從而提高薄膜的綜合性能。
但由于離子束轟擊基片的能量束密度不均勻以及高能量離子引起的反濺射等因素，使得離子束輔助蒸發(fā)技術(shù)在生產(chǎn)應(yīng)用中受到限制。通常對(duì)硫化鋅、氟化鎂等軟膜采用離子輔助技術(shù)以后，膜層的牢固性獲得了明顯的改善，但無(wú)論對(duì)軟膜或電子束蒸發(fā)的氧化物硬膜在抗激光損傷方面的效果均不明顯。
3.反應(yīng)離子鍍膜法
是利用熱陰極弧源誘發(fā)膜料離子放電在鍍膜室內(nèi)形成等離子體，蒸發(fā)膜料離子部分被電離，在處于懸浮電位的工件架形成電場(chǎng)作用下抵達(dá)基片，這樣具有一定動(dòng)能的離子態(tài)的膜料粒子與反應(yīng)氣體結(jié)合后淀積成膜，該膜層與玻璃基片附著牢固，薄膜的硬度與耐摩擦性能顯著提高，因此受到了光學(xué)薄膜領(lǐng)域科學(xué)工作者的重視。但此項(xiàng)技術(shù)設(shè)備成本較高，對(duì)提高抗激光損傷能力的潛力有待進(jìn)一步研究。
4.氣相混合蒸發(fā)法
氣相混合蒸發(fā)法是用兩個(gè)電槍同時(shí)蒸發(fā)兩種不同材料，另外用兩個(gè)石英探頭分別監(jiān)控各槍的淀積速率，通過(guò)氣相混合，獲得漸變折射率膜層的過(guò)程。
這種光學(xué)膜層可用作某些基片材料的單層增透膜，以替代原來(lái)鍍?cè)诨系亩噙_(dá)幾十層的多層膜，從而改善薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，增加膜層強(qiáng)度，并且使制備折射率按梯度變化成為可能。
這種技術(shù)消除了用常規(guī)方式得到的薄膜與空氣(或基體)所形成的突變界面，而以漸變界面取代突變界面，附著力增強(qiáng)，界面吸收減少，另外，漸變界面的熱傳導(dǎo)系數(shù)比普通膜系界面的傳導(dǎo)系數(shù)高。
這種非均勻膜已經(jīng)成為薄膜光學(xué)的一個(gè)重要分支，它打破了傳統(tǒng)膜系的設(shè)計(jì)方法，并由此得到了使傳統(tǒng)膜系不能制備的優(yōu)良光譜性能，而且期望極大地改善薄膜元件的抗損傷性能(約提高20%)，因而引起人們極大的興趣。
5.溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是以金屬醇鹽或其他金屬無(wú)機(jī)鹽的溶液作為前驅(qū)體溶液，在低溫下通過(guò)溶液中的水解、聚合等化學(xué)反應(yīng)，首先生成溶膠，進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，然后經(jīng)過(guò)熱處理或減壓干燥，在較低溫度下制備出各種無(wú)機(jī)材料薄膜或復(fù)合材料薄膜的方法。
這種技術(shù)可以用于制備各種光學(xué)膜如高反射膜、減反射膜等，還可以制備光導(dǎo)纖維、折射率梯度材料、有機(jī)染料摻雜型非線性光學(xué)材料等，以及波導(dǎo)光柵、稀土發(fā)光材料等。隨著研究的進(jìn)一步深入，期待和自蔓延法連用制備出常規(guī)方法較難制備的新型納米材料。
