1.3.1 金属薄膜材料

铝（Al）、银（Ag）、金（Au）等是应用很广的几种金属薄膜材料。它们具有反射率高、截止带宽、中性好和偏振效应小等优点。缺点是它们的吸收稍大，机械强度较低。

不透明金属膜在空气中垂直入射时的反射率：

式中， n-ik 是金属膜的复折射率； n 和 k 分别称作折射率和消光系数。

表1-1列出了几种常用金属膜的复折射率和由式（1-95）计算的反射率。假如透射率忽略不计，则金属膜的吸收率 A =1 -R ，其中 A 为吸收率， R 为反射率。迄今提供的金属膜的光学常数非常有限，故只能以大块材料的光学常数作为参考。值得指出的是，薄膜中的折射率 n 和消光系数 k 分别低于和高于相同大块材料的折射率和消光系数。

光波在金属膜中的传播是呈指数衰减的，并可用朗伯定律来描述：

式中， E ₀ 和 E 分别对应于入射光和厚度 d 处的光振幅； k 为金属膜的消光系数。因此，强度为

k 越大，透射光强衰减越快，所需的厚度越小。在红外区，由于 k 迅速增大，膜厚仍保持与可见光区相同或者甚至可以更薄。过大的厚度，金属膜的反射率非但不会提高，甚至反而下降，这是因为膜层颗粒度变粗导致散射增加。

金属膜的反射率与其测量方向有关，从空气侧测得的反射率比从玻璃侧测得的要高，而透射率则与测量方向无关。由于 T + R + A =1， T 、 R 、 A 分别代表透过率、反射率、吸收率，所以基板侧的反射率降低意味着该侧的吸收必然增加。

表1-2列出了几种常用金属膜的光学、力学性能和制备工艺要素。可以看出，金属膜不仅吸收较大，而且膜层牢固性较差。为了缓解这些问题，常用的反射镜设计为G|Al ₂ O ₃ +Ag+Al ₂ O ₃ +SiO ₂ +TiO ₂ | A，其中两层Al ₂ O ₃ 是作为增加Ag附着力的过渡层，第二层Al ₂ O ₃ 和SiO ₂ 连同Ag的位相超前一起合成等效1/4波长厚度，其等效折射率为 n _L ,1/4波长TiO ₂ 层的折射率为 n _H 。该膜系有两个作用：一是降低吸收，设Ag在可见光区的吸收为3%，那么在镀上折射率分别为 n _L 和 n _H 的膜层后，吸收降低了 倍，于是反射率就能提高到接近99%；二是增加牢固率，SiO ₂ 和TiO ₂ 同时作为保护膜，能够使材质软的Ag膜强度显著提高。