5.4 常见膜系与应用¶

光学薄膜按功能可分为增透膜、高反膜、分束膜、截止膜、导电膜等类别。不同功能对应不同的膜系设计逻辑和典型结构。本文梳理工程中最常见的膜系类型、典型规格及其应用场景，作为光学元件选购和镀膜设计的参考。

一、增透膜（Anti-Reflection Coating，AR）¶

目标：将表面反射率从材料菲涅尔反射值降至尽可能低。

最简单的增透设计，在设计波长处实现近零反射，但带宽窄（约 50–100 nm）：

$$\text{膜系：Air} | L | \text{Glass} \quad (d = \lambda_0/4)$$

典型材料：MgF₂（$n=1.38$）镀在 N-BK7 上，反射率从 4% 降至 ~1.2%（因折射率未完全匹配 $\sqrt{1×1.52}≈1.23$）。

两层优化，可实现更宽带宽和更低反射率：

$$\text{Air} | M \cdot H | \text{Glass}$$

典型：SiO₂/TiO₂，可见光 400–700 nm 内反射率 <0.5%。

3–5 层结构，可见光全程（400–700 nm）反射率 <0.3%，近红外（400–1000 nm）<0.5%：

$$\text{Air} | L H L H L | \text{Glass}$$

典型应用：相机镜头多层镀膜（SMC、T*、NANO Crystal Coat 等各厂商品牌均为此类）。

单层金属膜，宽谱反射，沉积简单：

保护层（如 SiO₂ 单层或 SiO₂/TiO₂ 双层）可提高金属膜的环境稳定性和机械耐久性，同时微调光谱性能。

多对高低折射率 $\lambda/4$ 交替层，在窄带（激光波长）实现超高反射率：

$$\text{Air} | H(LH)^N | \text{Glass}$$

非偏振 50:50 分束：在宽波段实现 R ≈ T ≈ 50%。设计上需同时考虑 S 和 P 偏振的均衡。

偏振分束膜（PBS）：对 P 偏振 T > 95%，S 偏振 R > 95%（消光比 > 100:1–1000:1），多层斜入射（45°）设计。

类型	典型膜系结构	截止陡峭度	应用
短波通（SPF）	$(LH)^N$ 在截止点反射	中等	消除长波噪声
长波通（LPF）	$(HL)^N$ 在截止点反射	中等	消除短波散射
带通滤光膜	F-P 腔结构：$(HL)^N H (LH)^N$	极陡（>OD4）	激光线滤光、气体检测

F-P（Fabry-Perot）腔结构的带通膜：两组高反膜之间夹一层间隔层（谐振腔），产生极窄的透射峰（FWHM 可至 1 nm），是窄带干涉滤光片的核心结构。

相机镜头（可见光 AR + 保护）：

Air | SiO₂/TiO₂/SiO₂/TiO₂/SiO₂ | PFPE疏水层
       （5层宽带AR，400-700nm <0.3%）

CO₂ 激光聚焦镜（ZnSe 基底，10.6 μm AR）：

Air | ZnS（λ/4）/ ZnSe（λ/4）| ZnSe 基底 | 同上（背面）

激光器 1064 nm 高反腔镜：

Air | (TiO₂/SiO₂)×12 | Glass — R > 99.9% @ 1064 nm

2026-03-03