资源描述：
《金属反射膜材料简介》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、金屬反射膜材料簡介李秉璋1,王正和21工業材料研究所研究員2工業材料研究所副研究員一、前言WhenGodbegancreatingtheheavensandtheearth,theearthwasatfirstashapeless,chaoticmass,withtheSpiritofGodbroodingoverthedarkvapors.ThenGodsaid“Lettherebelight.”.Andlightappeared.AndGodwaspleasedwithit,anddividedthelig
2、htfromthedarkness.從舊約聖經的記載,“光”起源於混沌之初。由於大氣中的水分子把太空中的X光(短波長)與微波(長波長)吸收,只讓特定頻譜範圍的光線(太陽光)照射到地球表面,因此孕育了地球上億萬個依賴太陽能量的物種。“光”是什麼?光具有波動(電磁波)及粒子(俗稱光子,photon)兩種特性,例如短波長的X-光會被電子散射的現象,必須以粒子理論來解釋。當把光當成電磁波的時候,可以用三個物理量來描述它的性質,這三個物理量分別是波向量(k)、電場(E)及磁場(B)。圖一簡單地把三者之間的關係,以三個互相
3、垂直的向量來表示¸並且以電磁正弦振盪(sinusoidaloscillation)的波長(wavelength)來表示光的能量。圖二以對數指標列出各種不同波長(或頻率)的電磁波,其中波長在4x10-5到8x10-5公分(400~800nm)之間的電磁波稱為可見光。圖一光波可視為電場及磁場交互振盪而成隨著半導體科技的突飛猛進,光電工業開發了大量的消費產品,進入了我們每一個人的生活。表一把光電產品依據照明、電子裝置及雷射等分類,分別介紹各種光電技術及元件。各種光電元件除了充份運用各種半導體材料的光特性之外,金屬反射
4、膜也扮演相當重要的地位。另外,金屬膜在傳統光學元件中也是不可或缺的角色。利用金屬的反射、半反射、分光、濾光等特性,設計出不同的半反射鏡、光線分割稜鏡與中性光密濾光片等光學元件。圖二各種不同波長(頻率)的電磁波表一二、材料為甚麼透明?為甚麼反射?圖三Lorentz模型,中間白色球為原子核,其他小黑球為電子,不同粗細的彈簧代表固體的異方向性自然界所有的固體皆由原子排列而成,而原子由電子與原子核所組成。非導電材料的電子因為受原子核的束縛,可以用彈簧模型(Lorentzmodel)來表示電子與原子核之間的振盪。當光波(
5、電磁波)進入時,由於光波的電場(E)對電子產生交互作用,造成電子位移,而使固體產生極化(polarization),光波的能量被電子振盪吸收一部份而造成光速與波長改變,稱為光的色散現象。在此非導體介質中的光速可以用下列的公式來表示V=C/n V:光在介質中的速度 C:光在真空中的速度n:介質的折射係數(refractiveindex)光在介質中除了光速改變之外, 其電場的振幅也會隨穿透距離而依e-2k’x遞減,其中k’為吸收係數(coefficientofabsorption),而x為穿透距離。導體材料中的外殼
6、層電子(自由電子)並沒有被原子核束縛,當被光波照射時,光波的電場使自由電子吸收了光的能量,而產生與光相同頻率的振盪,此振盪又放出與原來光線相同頻率的光,稱為光的反射。如圖四所示,這種電子的振盪隨著深度的增加而減小,使電子振盪的振幅(amplitude)減小到原來1/e時(e為自然對數)的深度稱為穿透深度(skindepth,δ),此穿透深度決定了材料是透明還是反射,通常大部份金屬的穿透深度只有幾十或百奈米(nanometer,nm)。穿透深度與材料的基本性質的關係如下:δ=√(λ/πcμσ)λ:真空中光的波長速
7、c:光速μ;導磁係數σ:靜導電係數(staticconductivity)由上述公式可以了解,光線的波長愈長愈容易穿透金屬,這就是為什麼波長較長的紅外線比短波長的紫外光更容易穿透金屬。另外值的注意的是,金屬的導電係數愈高,穿透深度愈淺,反射率(reflectivity)愈高。因此金屬反射膜材料大都使用高導電度的金(Gold,Au)、銀(Silver,Ag)、鋁(Aluminum,Al)與銅(Copper,Cu)等材料。入射光圖四光照射到導體而使自由電子振盪,此振盪隨著深度的增加而減小δ自由電子振盪光學元件的反射
8、主要可以分類成前反射式(front-surfacedreflection)及背反射式(back-surfacedreflection)兩種,如圖五所示,光線直接照射在反射膜上的方式稱為前反射,光線穿過透明介質再照到反射膜的方式稱為背反射。前反射式效果最佳,但是必需考慮反射膜的表面品質而且容易被刮傷及容易氧化。背反射式只需考慮將透明介質的表面研磨、拋光後,再鍍上一層足夠厚度的反射膜即可,
