藍寶石光學(xué)加工鍍膜透過(guò)率分析
藍寶石作為一種由α-氧化鋁（α-Al?O?）組成的單晶材料，因其卓越的物理、化學(xué)和光學(xué)性能，這些特效賦予了它在珠寶界的地位，在光學(xué)加工領(lǐng)域，藍寶石具備200 nm（紫外）至 5500 nm（中紅外）優(yōu)異的透過(guò)特效，也成為其高端鏡片常見(jiàn)的加工基材之一，獨特的化學(xué)穩定性和物理硬度，使得它在光學(xué)防護及激光加工中具有重要地位。
（激埃特原創(chuàng )圖）
一、藍寶石的光學(xué)基礎
1. 天生的“透明戰士”
藍寶石是一種寬帶隙晶體材料（帶隙8.8 eV），理論上可透過(guò)波長(cháng)大于142 nm的光（對應紫外到紅外波段）。
折射率：約1.76（高于普通玻璃的1.5），導致表面反射較強（未鍍膜時(shí)單面反射率7.5%）。
透光范圍：覆蓋紫外（UV）、可見(jiàn)光（VIS）、近紅外（NIR）及部分中紅外波段（最高至5.5 μm）。
2. 透不過(guò)的光去哪兒了？
反射損失：未鍍膜時(shí)，光線(xiàn)每次穿過(guò)一個(gè)表面會(huì )損失約7.5%（雙面共14%）。
材料吸收：紫外端受雜質(zhì)和晶格缺陷影響，紅外端則因晶格振動(dòng)（聲子吸收）而衰減。
（激埃特原創(chuàng )圖）
二、未鍍膜藍寶石的透光表現
藍寶石的透過(guò)率隨波長(cháng)變化顯著(zhù)，以下是關(guān)鍵波段的“成績(jì)單”：
波段 | 波長(cháng)范圍 | 透過(guò)率 | 現象與原理 |
深紫外 | 200–300 nm | 50%→80% | 帶隙邊緣吸收，雜質(zhì)散射 |
可見(jiàn)光 | 400–700 nm | 85%–90% | 幾乎無(wú)吸收，反射是主要損失 |
近紅外 | 700–3000 nm | 80%–85% | 無(wú)明顯吸收，反射主導 |
中紅外 | 3000–5500 nm | 70%→<50% | 多聲子吸收增強 |
遠紅外 | >5.5 μm | 趨近于0 | 晶格振動(dòng)完全阻擋光線(xiàn) |
典型短板
紫外端：深紫外（<300 nm）性能受材料純度限制。
紅外端：>3 μm后吸收加劇，厚度越大衰減越明顯。
（激埃特原創(chuàng )圖）
三、鍍膜：藍寶石的“通透加成”
通過(guò)鍍制增透膜（AR Coating），可大幅減少表面反射損失，甚至針對特定波段優(yōu)化性能。
1. 鍍膜原理
干涉魔法：利用多層薄膜的干涉效應抵消反射光。
效果對比：
參數 | 未鍍膜 | 雙面鍍膜 |
單面反射率 | 7.5% | 0.5%–1.5% |
總透過(guò)率 | ≤86% | 95%–99%（設計依賴(lài)） |
2. 鍍膜后的波段表現
波段 | 鍍膜類(lèi)型 | 透過(guò)率 | 應用場(chǎng)景 |
紫外 | 氟化物鍍膜（如MgF?） | 80%–95% | 紫外激光器、光刻機 |
可見(jiàn)光 | 寬帶增透（400–700 nm） | 94%–98% | 相機鏡頭、手機蓋板 |
近紅外 | 單波長(cháng)優(yōu)化（如1064 nm） | >99% | 光纖通信、激光切割 |
中紅外 | 3–5 μm增透 | 85%–92% | 熱成像儀、導彈導引頭 |
3. 鍍膜的代價(jià)
波段限制：窄帶鍍膜僅提升特定波長(cháng)附近的性能。
環(huán)境耐受性：硬質(zhì)鍍膜抗刮但可能降低透光率，柔性鍍膜易損但效率高。
成本：多層鍍膜工藝復雜，價(jià)格顯著(zhù)高于未鍍膜基材。
（激埃特原創(chuàng )圖）
四、藍寶石光學(xué)的應用場(chǎng)景
極端環(huán)境窗口
航天器舷窗：耐高溫、抗輻射，鍍膜后兼顧透光與防護。
深海探測器：抵抗高壓腐蝕，透紅外光用于海底熱泉探測。
消費電子
手機屏幕：莫氏硬度9（僅次于鉆石），鍍膜減少反光提升顯示效果。
手表鏡面：藍寶石玻璃+防指紋鍍膜，兼顧耐磨與疏油性。
工業(yè)與科研
超快激光器：紫外鍍膜藍寶石作為增益介質(zhì)窗口。
紅外光譜儀：3–5 μm波段鍍膜窗口用于氣體分析。
（激埃特原創(chuàng )圖）
五、如何選擇藍寶石光學(xué)元件？
先看波段
紫外/深紫外：選高純藍寶石+氟化物鍍膜。
可見(jiàn)光：寬帶增透膜（如400–700 nm）。
紅外：控制厚度，避免>5 μm波段使用。
環(huán)境適配
高溫/腐蝕環(huán)境：硬質(zhì)鍍膜（如類(lèi)金剛石膜）。
頻繁接觸：防污鍍膜（疏水、疏油涂層）。
性?xún)r(jià)比平衡
非關(guān)鍵場(chǎng)景：未鍍膜藍寶石已足夠（如普通傳感器窗口）。
高精度系統：定制鍍膜（如激光諧振腔鏡）。
藍寶石從天然礦物到光學(xué)核心材料的蛻變，體現了人類(lèi)對光線(xiàn)的精準掌控。無(wú)論是未鍍膜的“原生態(tài)”通透，還是鍍膜后的“黑科技”加持，其背后都是材料科學(xué)與光學(xué)工程的深度交融。未來(lái)，隨著(zhù)鍍膜技術(shù)的進(jìn)步，藍寶石或將在量子通信、超構表面等領(lǐng)域繼續發(fā)光發(fā)熱。