薄膜是一类低维材料,通过纵向的厚度,材料和结构的调制,薄膜可以实现其各种性能的变化。作为材料和结构的一种特殊形态和一个统一的学科,不同类型的薄膜之间有着共同的特点。这一切不仅表现在制备技术和测试技术上,还表现在它们的物理性质,化学性质,力学性质以及结构和织构方面。从另一方面来看,不同类型的薄膜的特性之间是相通的和相互关联的.把不同类型的薄膜结合在一起,可以形成多种性能的组合体。把性态各异的薄膜或性能不同的多种材料有机的组合,嵌合,结合或鳌合在一起可以形成新的薄膜态材料,从而形成更新更好的性能,获得更多,更广,更有效的应用。
薄膜种类多种多样,从不同的角度可以进行不同的分类。从材料学角度,薄膜可分为有机薄膜,无机薄膜,有机/无机聚合物薄膜,以及多功能,多组分的复合薄膜及杂化薄膜等。其中,无机薄膜中包括金属薄膜,电介质薄膜,半导体薄膜,以及相应的混合物,螯合物,复合物薄膜等。
从薄膜结构上来分,可分为单晶薄膜,非晶薄膜,多晶薄膜,多结构复合薄膜,以及生物薄膜等。随着科学技术的发展,薄膜从纵向调制向横向调制拓展;在此基础上形成了雕塑薄膜,维纳结构调制薄膜,超晶格或超材料薄膜等。从应用来分,薄膜可以分为磁学薄膜,电学薄膜,半导体薄膜,光学薄膜,声学薄膜,压电薄膜,铁电薄膜,功能调制及转换薄膜以及诸如传感,存储,显示,催化,光伏等不同功能的功能薄膜,以及大规模集成电路和光学和光电子集成薄膜和维纳光学薄膜等多功能集成薄光学和光电子薄膜。
大曲率石英透镜表面减反射膜
光学和光电子薄膜是由分层的光学材料或光学功能材料组成,由光的干涉和衍射效应以及光与物质相互作用过程实现各种光学功能以及光与其它能态的转换或调制功能的一类薄膜或薄膜元件。一般的光学薄膜主要有两种类型: ﻪ光束沿着薄膜的切向进行传输的叫做光学波导,沿着薄膜的法向进行传输的叫做光学薄膜。它们的学科基础为薄膜光学。传统的光学薄膜是一类被动光学元件,主要功能是通过薄膜在垂直方向上折射率和厚度的调制改变光束的传播特性,或通过光谱或偏振特性的选择对光束进行分割。按照光学功能的不同,改变薄膜传播特性的薄膜元件有反射膜,减反射膜,中性分光膜,位相薄膜等;实现光束光谱分割的薄膜有带通滤光片,截止滤光片等;改变薄膜偏振特性的薄膜有偏振膜,消偏振膜,偏振分光膜等。
光电子及光学功能薄膜是具有确定特性和特定应用功能的一类薄膜。一般来讲,功能薄膜可以分为被动式功能薄膜和主动式功能薄膜.其中,传统的光学薄膜就是一类被动式功能薄膜,而薄膜激光则是典型的主动功能薄膜。随着光学薄膜的发展和应用需求的多样以及应用范畴的日益开阔,光学薄膜已经突破传统的局限。在薄膜材料中加入了主动材料,形成光电功能薄膜,从而使传统的被动光学薄膜转变为具有确定主动功能的光学薄膜,其中包括磁光调制薄膜,电光调制薄膜,声光调制薄膜,光电转换薄膜,光磁转换薄膜,光声转换薄膜,以及薄膜激光器等。一般意义上讲,功能薄膜主要是指具有能态转换和调制功能的主动薄膜。功能薄膜的种类繁多,数不胜数,应用范围广泛,无处不在。单就主动式功能薄膜就包括存储或记忆薄膜,各种光致,热致,场致变色薄膜,显示薄膜,传感薄膜,发光薄膜,太阳能薄膜,催化薄膜,传感器薄膜,建筑薄膜,集成光学薄膜,集成电路薄膜,功能转换及调制薄膜,隐身薄膜,防辐射和高辐射薄膜,透明导电膜等等。
激光薄膜系列2
激光薄膜是用于激光系统的一类光学薄膜和光电子薄膜,它们在激光系统中起着谐振,传输,分光,调制,隔离,相位延迟和相位补偿等多项功能。其中包括用于激光谐振腔的全反射膜和输出膜,用于激光窗口的减反射膜,用于改进光束质量的反射率渐变的高斯镜薄膜,用于激光束屏蔽的黑体吸收薄膜,用于激光传输的的多角度反射膜和分光膜,用于相位调制的相位膜,用于相位补偿的啁啾薄膜,用于波长分离的倍频薄膜,用于杂光屏蔽的深截止带通滤光片,用于屏蔽激发激光的荧光薄膜。用于光束调制和光能转换的光声薄膜,光电薄膜,压电薄膜和磁光薄膜等等。用于超短脉冲脉冲压缩,和用于光束合成的多层膜光栅。则把传统的光学薄膜与光栅技术融合在一起,形成新型的激光薄膜元件。与一般光学和光电子薄膜相比,激光薄膜,有两个突出的特点,其一是新超低损耗,其二是超高的抗激光强度。用于激光陀螺的激光反射膜,其反射率在99,99%以上,其背散射损耗要低于1ppm;用于引力波测量的激光反射镜,不仅反射率高达99.998%,而且还要控制薄膜材料的微弱发射对光束的干扰。用于激光核聚变和激光武器以及用于超强激光输出的帕瓦级激光,都具有极高的能量和强度,用于这些激光系统的激光薄膜,必须具有极高的抗激光强度.
微纳结构光学薄膜是在多维空间中具有微米或纳米调制结构的一类光学薄膜。一般薄膜态材料都是在厚度方向上进行结构或组分的调制,如果在纵向结构调制的同时,在横上也具有微米或纳米级的微结构,从而实现了多维度调制功能,就构成微纳结构光学薄膜。这类薄膜包括多层膜光栅,雕塑薄膜,导模共振薄膜,等离子体激元波共振薄膜,薄膜超材料和超透镜等
薄膜的应用分类是相对的,在很多情况下,同一种材料的薄膜具有多种应用;反之,同一类应用的薄膜,也会用到各种各样的材料和材料组合。在物质世界中,通过特定的薄膜可以实现各种能态和性状之间的相互转换和调制。
薄膜态材料可以在很薄的状态下,实现体材料的功能,甚至可以实现体材料无法实现的功能。各种材料都可以通过相应的技术转化成薄膜态材料,但是,它的制备周期更短,变化更多样,调制更便捷。不仅节约原材料、时间和资源,更能根据不同的应用,通过不同的设计、制备和处理技术合成更多的新材料,从而把多种不同类型、性质、功能的材料进行有机的组合(或嵌合在一起),构成更多的材料类型,组成更多的新器件,实现更多的新功能,新结构和新应用。
薄膜可以突破传统材料分类的概念,建立全新的材料体系。随着科学技术的不断发展,各行各业对薄膜要求的不断提高,各种新的制备技术和测试技术不断涌现,薄膜的这些特点和优点会更加突出的表现出来,并由此涌现出更多的薄膜态新材料和新结构,形成更多的新应用,由此会给科学技术和人类社会带来新的发展,进步和繁荣。
