什么是真空镀膜？都有哪些镀膜工艺？
我们都知道，滤光片是一种能够选择性透过或吸收特定波长光线的器件，在滤光片的制备中，经常会听到真空镀膜的字眼，那么什么是真空镀膜呢？下面我们将为大家做一个简单的理解，同时介绍几个滤光片薄膜制备的几个工艺！
真空镀膜是制备滤光片最常用的方法之一，其原理是将待镀基片（如玻璃、石英等）置于真空腔内，通过加热、电子束或离子轰击等物理或化学方式使镀膜材料蒸发或溅射，并在基片表面沉积成薄膜，通过沉积多层不同折射率的薄膜，可以精确控制滤光片的透射和反射特性，形成具有特定光学性能的薄膜。镀膜工艺的目的是改变滤光片对不同波长光的透过、反射和吸收特性，从而实现滤光的功能。
膜层材料和光学性能
常用的滤光片膜层材料有：
高折射率材料: 二氧化硅、氧化钛、氧化锆等，具有较高的折射率，用于构建高反射膜。
低折射率材料: 氟化镁、氟化钙等，具有较低的折射率，用于构建增透膜。
金属材料: 铝、银、金等，具有高反射率，常用于制作反射镜。
不同材料的光学性能（折射率、吸收系数等）决定了膜系的特性。例如，高折射率材料和低折射率材料交替叠加可以形成多层膜，实现高反射率或高透射率。
真空镀膜的优势
防止污染： 真空环境可以有效减少空气中的杂质对膜层的污染，保证膜层的纯度和质量。
提高沉积速率： 真空环境下，蒸发或溅射的原子或分子可以自由地向各个方向运动，从而提高沉积速率。
改善膜层质量： 真空环境下，膜层生长更加均匀，致密，附着力更好。
（电子束蒸发镀膜）
常见的真空镀膜工艺有哪些？
常见的真空镀膜工艺包括电子束蒸发镀膜、溅射镀膜和离子辅助镀膜等，同时还包括一些真空镀膜其他变种如磁控溅射、反应溅射、离子束辅助沉积（IBAD）等！
1.电子束蒸发镀膜：利用电子束加热蒸发源，使镀膜材料气化并沉积在滤光片基底上。这种方法能够精确控制蒸发速率和膜厚，使其具有高蒸发速率、可蒸发高熔点材料等优点，但对设备要求较高。
2.溅射镀膜：通过高能粒子撞击靶材，使靶材原子溅射出来并沉积在基底上。溅射镀膜可以制备出均匀性较好、附着力强的膜层，镀出来的膜层均匀性好、附着力强，适用于各种材料的镀膜，但沉积速率相对较慢。
3.离子辅助镀膜：在镀膜过程中引入离子束，对正在沉积的膜层进行轰击和改性，从而改善膜层的结构和性能，如提高膜层的致密性和硬度，但工艺相对复杂。
（化学气相沉积CVD）
4.化学气相沉积（CVD）：在高真空或低压环境下，将含有镀膜元素的气态化合物引入反应腔，在基片表面发生化学反应，生成薄膜，适用于制备高纯度、大面积的薄膜，膜层均匀性好。
（物理气相沉积PVD）
5.物理气相沉积（PVD）：将固态或液态物质在真空或低压环境下转化为气态原子或分子，然后沉积在基片上形成薄膜，覆盖真空蒸发、溅射、离子镀等多种方法，可以根据不同的需求选择合适的工艺。
（原子层沉积ALD）
6.原子层沉积（ALD）：由化学气相沉积衍生而来，它通过利用不同气相前驱体脉冲交替通入反应腔室, 周期性间歇式地在表面沉积材料，通过交替引入两种或多种反应前驱体，在基片表面逐层生长薄膜，可以精确控制膜厚，制备出具有原子级平整度的薄膜，缺点是沉积速率较慢，成本较高。
7.磁控溅射：在真空腔内，通过施加直流或射频电压在靶材和基片之间产生电场，使惰性气体电离形成等离子体。磁场的作用是将电子限制在靶材附近，增加电子与气体原子的碰撞几率，从而产生更多的离子。这些离子轰击靶材，使靶材原子溅射出来，并沉积在基片上形成薄膜，提高溅射速率和膜层均匀性。
8.反应溅射：与磁控溅射类似，但增加了反应气体。溅射出来的靶材原子与反应气体原子在基片表面发生化学反应，形成化合物薄膜，如氧化物、氮化物、碳化物等。
9.离子束辅助沉积（IBAD）： IBAD是一种综合了离子束技术和物理气相沉积（PVD）技术的镀膜方法，在PVD过程中，同时引入高能离子束。离子束轰击基底表面，使其活化，有利于膜层的成核和生长；离子束还对生长中的膜层进行轰击，可以改善膜层的致密性、平整度和应力，改善膜层的结构和性能。
多层膜沉积作为真空镀膜的一种常见应用，一般为了实现更复杂的滤光效果，通常需要沉积多层不同折射率的薄膜。通过精确控制每一层的厚度和折射率，可以实现特定的光学透过曲线，设计出各种各样的光学滤光片，例如带通滤光片、截止滤光片、中性密度滤光片等。例如，在制备窄带滤光片时，可能需要沉积数十层甚至上百层的薄膜，每层的厚度都需要精确控制在纳米级别，这就对真空镀膜的工艺精度和稳定性提出了极高的要求。
镀膜效果的评定
镀膜效果的好坏可以通过以下指标进行评定：
透射率: 测量滤光片在不同波长下的透射率，与理论设计值进行比较。
反射率: 测量滤光片的反射率，评估其对光的反射能力。
波长选择性: 测量滤光片的半峰全宽（FWHM）、峰值透过率等参数，评价其波长选择性。
角度特性: 测量滤光片在不同入射角下的透射率和反射率，评估其角度特性。
耐久性: 评估滤光片在环境因素（如温度、湿度、机械应力）下的稳定性。
真空镀膜工艺的影响因素
真空度: 真空度越高，膜层纯度越高，附着力越好。
沉积速率: 沉积速率过快或过慢都会影响膜层的均匀性。
基底温度: 基底温度影响膜层的微观结构和应力。
膜层厚度控制: 精确控制膜层厚度是获得理想光学性能的关键。
总的来说，滤光片的真空镀膜是一门精密的技术，涉及到材料科学、光学、物理等多个学科。通过合理选择膜层材料、优化膜系设计、控制镀膜工艺参数，可以制备出具有各种光学性能的滤光片，满足不同应用的需求，需要注意的是，滤光片的性能不仅取决于镀膜工艺，还与基底材料、镀膜设备、工艺参数等因素密切相关。