許亞娟 王本平 劉紅軍/文

鍍膜眼鏡鏡片減反射膜層的選擇

許亞娟 王本平 劉紅軍/文

本文以光波的電磁理論為基礎(chǔ)，從多光束干涉的原理出發(fā)，理論推導(dǎo)出鍍膜眼鏡鏡片減反射膜層的光強反射率與入射光的波長、膜層厚度、膜層的折射率、鏡片基體折射率的關(guān)系，為鏡片鍍膜工藝提供合理的科學(xué)依據(jù)。

減反射膜；反射率；薄膜干涉

光照射到鏡片表面時發(fā)生反射，光能損失，透過鏡片的光線變少，影響人眼的視物。此外，光在鏡片的反射容易造成雜散光、偏光等光學(xué)污染，這不僅有損自身的美觀，還影響行人的視覺，嚴(yán)重時可釀成道路交通事故。為減少反射光的損失，很多眼鏡企業(yè)選擇在鏡片表面鍍上一層透明的介質(zhì)薄膜，使入射光在薄膜上下表面的反射光干涉相消，反射光能減少，透射光能相對增大，這樣的薄膜叫做減反射膜。

1 鍍膜前的反射率

假設(shè)光由折射率為n1的介質(zhì)垂直入射到折射率的介質(zhì)表面上時，由菲涅爾反射公式可知，不論是平行分量還是垂直分量的反射光光強反射率[1]

當(dāng)光從空氣垂直入射到鏡片基體n3=1.5，代入(1)式得R=4%。

2 鍍膜后的反射率

假設(shè)光垂直入射到透明的介質(zhì)薄膜，反射光的討論一般應(yīng)用多光束干涉的原理[2]。如圖1所示，入射光在介質(zhì)薄膜上表面（界面Ⅰ）發(fā)生反射和折射，透射光在減反射膜的→下表面（界面Ⅱ）發(fā)生反射和透射，反射光重新回到界面Ⅰ發(fā)生反射和折射。圖中n1為空氣折射率，為n2薄膜折射率，n3為鏡片基體折射率，d為薄膜厚度。

圖1 薄膜干涉

3 討論和總結(jié)

人眼視覺最敏感的波長λ0=550nm的綠光至黃綠光，為使黃光的反射率降至最低，取λ0=550nm，可見光兩側(cè)的紫光和紅光光強反射率無法降至最低。

3.1 減反射膜層光強反射率R與λ的關(guān)系

圖2 光強反射率R與入射光波長λ的關(guān)系

在正入射條件下，n1=1.0，n2=1.38，n3=1.5，λ0=550，k=0或k=1時，減反射膜層的光強反射率R與入射光λ關(guān)系如圖2所示。從圖2可以看出，k=0和k=1時，在λ=λ0=550時，光強反射率都降至最低，可見光兩側(cè)的紫光和紅光光強反射率均有所提高，但都不大于不鍍膜時的反射率R=4%，還可以看出k=1時的紫光和紅光光強反射率比k=0時的紫光和紅光光強反射率高，當(dāng)光譜兩側(cè)光的光強反射率與光譜中間光的光強反射率差別增大時，鏡片表面容易產(chǎn)生眩光[4]，影響行人的視覺，嚴(yán)重時可造成交通事故，因此，取k=0時即膜層的厚度最薄時，鏡片膜層減反射效果最佳。顯然僅鍍一層減反射膜不可能對所有波長和所有入射角的光都是減反射的。要滿足一定的減反射要求，可以通過鍍多層膜來實現(xiàn)更低的反射率。

3.2 減反射膜層光強反射率R與n2的關(guān)系

圖3 光強反射率R與薄膜折射率n2的關(guān)系

在正入射條件下，n1=1.0，n3=1.5，λ0=550，λ=550，k=0時，減反射膜層光強反射率與關(guān)系如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)n2=即1.2247時，光強反射率R達(dá)到0，n2越接近1.2247，光強反射率R越小，n2越遠(yuǎn)離1.2247，光強反射率R越大。此時的目前找不到一種透明介質(zhì)的折射率正好是1.2247，既穩(wěn)定又能夠牢牢地附在鏡片基體上的材料，常用折射率n=1.38的MgF2 鍍在玻璃上。

3.3 減反射膜層光強反射率R與n3的關(guān)系

圖4 光強反射率R與薄膜折射率n3的關(guān)系

在正入射條件下，n1=1.0，n2=1.38，λ0=550，λ=550，k=0時，減反射膜的光強反射率與關(guān)系如圖4所示。從圖4可以看出，當(dāng)n=時，光強反射率31 R達(dá)到0，n越接近 ，光強反射率R越小，n越32遠(yuǎn)離 ，光強反射率越大。當(dāng)減反射膜的折射率一定時，選擇折射率合適的鏡片基體材料也相當(dāng)重要，不能一概而論說基體折射率越大膜層光強反射率就越低。

綜合圖3、圖4所知，當(dāng)n2∈(n1，n3)時，無論薄膜的厚度如何，透明介質(zhì)薄膜都起到減反射的作用;當(dāng)n2＞n3＞n1時，透明介質(zhì)薄膜起到增反射的目的。增反膜原理可為抗輻射鏡片和防紫外鏡片的生產(chǎn)制造提供參考。

[1]黃琳．增透膜的選擇[J]．浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，31（6）：666～669

[2]陳麗菊；肖勝利；朱峰等．對光學(xué)薄膜反射率的討論[J]．太原師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，4（3）：77～81

[3]趙秀琴．增透膜和增反膜[J]．太原師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，2（4）：42～45

[4]楊建榮；孟建國；何秀仁等，QB2682-2005，鍍膜眼鏡鏡片減反射膜層性能質(zhì)量要求

作者單位:國家眼鏡產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心