光學真空鍍膜機的應用及發展

孫海新

（歌爾股份有限公司，山東濰坊 261000）

0 引言

光學鍍膜是指在真空條件下，用物理的方法在元件表面鍍上一層或多層膜的過程。光學鍍膜可以改變元件的光學性能，以滿足不同場景的需求。隨著工業技術的發展，用戶對鍍膜質量以及生產成本提出了更高的要求，不斷提高的用戶需求使得必須不斷改進生產工藝。介紹光學鍍膜機的結構以及鍍膜工藝在部件選擇和真空室配置等方面的決定性作用，針對Lens（鏡頭）的膜系生產提出了鍍膜工藝的改進方法，以達到提高生產精度、降低生產和維護成本、減少污染的目的。

1 光學鍍膜機的結構及原理

1.1 光學鍍膜機結構

光學鍍膜機由真空系統、蒸鍍系統、冷卻系統和電氣系統組成，其中真空系統由真空罐和排氣系統組成。真空罐是鍍膜機的主體，鍍膜過程就是在真空罐中完成的，通過連接閥將真空罐和排氣系統相連。為了防止空氣分子對濺射離子的影響、提高膜層的質量，在工作時，必須將光學元件和離子源置于真空環境中。排氣系統主要由機械泵、羅茨泵和真空泵組成，負責排出真空罐內的氣體、使罐內形成真空環境。

蒸鍍系統主要指成膜裝置部分，鍍膜機器的成膜裝置有很多種，如電阻加熱、電子槍蒸發、磁控濺射、射頻濺射、離子鍍等。

1.2 光學鍍膜機工作原理

光學鍍膜機通過真空濺射的方式在光學元件上涂鍍薄膜，以此改變元件對入射光線的反射率和透過率。同時，為了盡可能地減少元件表面的反射損失、提高成像質量，往往涂鍍多層薄膜。光學元件鍍膜后，光在多層膜層的表面進行多次反射和透射，形成多光束干涉，通過控制膜層的厚度和折射率，可以得到不同的強度分布。利用這一原理可以制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉濾光片等，以滿足更加復雜的需求。

2 光學鍍膜機的特點及應用

相比于傳統的真空鍍膜機，光學鍍膜機有以下3 個特點。

（1）光學薄膜表面光滑，膜層間的折射率在表面上可以躍變但在膜層內折射率是穩定不變的。

（2）光學鍍膜機鍍膜過程中基件的溫升更低，所以光學鍍膜機可以在對溫度較敏感元件的表面鍍膜。

（3）對于光學元件的鍍膜，光學鍍膜機具有更高的精度，膜層更加均勻、光學性能更加穩定。

目前，光學鍍膜機已經在光通信、光顯示、激光加工、航空航天和AR（Augmented Reality，增強現實）、VR（Virtual Reality，虛擬現實）等領域得到了廣泛的應用。

3 光學鍍膜機改進方法

光學鍍膜機在實際生產應用中涉及到成本、效率和性能等內容。設備尺寸和蒸發源配置取決于公司的發展定位，這基本上已固定，所以離子源配置和真空系統效率是主要考慮內容。

3.1 離子源配置

光學鍍膜機所配置的離子源如表1 所示。

表1 離子源的工作原理及特點

從成本、性能和污染量3 個方面綜合考慮，選取射頻源作為離子源，以此保證1.8M 鍍膜機尺寸下樹脂Lens（鏡頭）膜的離子束密度和功率。

3.2 高真空泵的選擇

高真空泵配合機械泵進一步降低真空罐內的真空度，較高的真空度有利于提高膜層質量。從購置及維護成本、真空效率、啟停時間和污染量等方面綜合考慮，選擇用分子泵取代傳統的擴散泵（表2）。

表2 擴散泵與分子泵對比表

由表2 可以看出，相同抽速流量下，分子泵相比于擴散泵不僅保養費用低，而且功耗更低、啟動時間更短。由于分子泵不使用油液，因此其不存在油污染的問題。相比于傳統的擴散泵，分子泵具有抽速大、啟動快、無油污染、維護簡單等優勢，但也存在購置成本高、結構復雜的問題。