Выпущено исчерпывающее руководство по оптическим покрытиям: подробный обзор принципов, типов, материалов и технологических процессов. 

Где:
ts и rs — амплитудные коэффициенты пропускания и отражения для s-поляризованного света соответственно;
tp и rp — амплитудные коэффициенты пропускания и отражения для p-поляризованного света соответственно;
θ₁ — угол падения, а θ₂ — угол пропускания или отражения;
n₁ и n₂ — показатели преломления двух оптических сред соответственно.

Зависимость характеристик оптических покрытий от угла падения и поляризации
Характеристики оптических покрытий зависят как от угла падения, так и от состояния поляризации света. Когда свет падает на поверхность с покрытием под различными углами или имеет различное состояние поляризации, характер его взаимодействия с покрытием изменяется. Это означает, что оптические покрытия, как правило, оптимизируются для конкретных углов падения или состояний поляризации. Если фактический угол падения или состояние поляризации отклоняются от расчетных параметров, эффективность работы покрытия может существенно снизиться — вплоть до того, что оно перестанет обеспечивать требуемый эффект.

Типы оптических покрытий
В зависимости от своего функционального назначения оптические покрытия можно разделить на следующие категории: отражающие покрытия, просветляющие (антиотражающие) покрытия, покрытия для светоделителей/дихроичные покрытия, защитные покрытия и покрытия для оптических фильтров. В следующих разделах представлен общий обзор этих типов покрытий.

1) Просветляющие (антиотражающие) покрытия (AR-покрытия)
Просветляющие (антиотражающие) покрытия, или AR-покрытия — это класс оптических покрытий, предназначенных для уменьшения отражения от поверхности, что позволяет повысить коэффициент пропускания таких оптических компонентов, как линзы, окна и светофильтры. AR-покрытия служат для увеличения светопропускания, минимизации потерь энергии и бликов, а также для устранения паразитных изображений (двоения).
2) Высокоотражающие покрытия (HR-покрытия)
В отличие от AR-покрытий, высокоотражающие покрытия (HR-покрытия) — это оптические покрытия, специально разработанные для максимизации отражения света в определенном диапазоне длин волн и при конкретных углах падения. Эти покрытия, как правило, наносятся на зеркала, светоделители и другие оптические элементы, эффективность работы которых зависит от высокой отражающей способности. Оптические HR-покрытия являются важнейшими компонентами лазерных систем, телескопов и мощных оптических устройств.
3) Покрытия для светоделителей
Покрытия для светоделителей наносятся на оптические поверхности светоделительных элементов с целью разделения падающего светового пучка на два или более отдельных пучка — зачастую в зависимости от состояния поляризации света. Эти покрытия позволяют пропускать часть падающего света, отражая при этом оставшуюся часть; Соотношение прошедшего и отраженного света (известное как коэффициент экстинкции) можно точно регулировать посредством тщательного проектирования покрытия. В отличие от кристаллических светоделителей — в которых разделение поляризации достигается за счет взаимодействия света с кристаллической осью, — светоделители с нанесенным покрытием являются более экономически эффективными, хотя, как правило, они характеризуются относительно более низкими порогами лазерного повреждения и коэффициентами экстинкции. Эти специализированные покрытия незаменимы в различных оптических системах, включая интерферометры, сети оптической связи, микроскопы и лазерные установки. Подводя итог, можно сказать, что покрытия для светоделителей обеспечивают точное управление направлением и интенсивностью света, выступая в качестве важнейшего компонента в приложениях, требующих разделения, объединения или перенаправления световых пучков.
4) Дихроичные покрытия
Дихроичные оптические покрытия схожи с покрытиями для светоделителей тем, что они также разделяют свет на две составляющие; однако ключевое отличие заключается в том, что дихроичные покрытия пропускают и отражают свет в зависимости от его **длины волны**, а не от состояния поляризации. Эти покрытия часто наносят на оптические фильтры или зеркала для точного разделения света или управления им в зависимости от его цвета (длины волны).
5) Защитные покрытия
Эти оптические покрытия предназначены для защиты оптических компонентов от повреждений, вызванных влагой, абразивным воздействием и перепадами температур. Защитные покрытия приобретают особую важность в приложениях, связанных с эксплуатацией в суровых или агрессивных средах. Ярким примером служит передний элемент объектива инфракрасного тепловизора, на который часто наносят защитный слой из алмазоподобного углерода (DLC) для предохранения от внешних механических повреждений.
6) Фильтрующие покрытия
Фильтрующие покрытия представляют собой критически важные слои, наносимые на подложки оптических фильтров с целью регулирования того, какие именно длины волн света будут пропущены, отражены или поглощены. Эти покрытия спроектированы таким образом, чтобы пропускать лишь определенные участки электромагнитного спектра, отражая или поглощая остальную его часть. Фильтрующие покрытия широко применяются в оптических измерительных приборах, системах машинного зрения (например, в фильтрах для систем технического зрения), лазерных системах и солнечных элементах. Благодаря точному управлению характеристиками пропускания и отражения фильтрующие покрытия позволяют повысить качество изображения, минимизировать блики и увеличить общую эффективность системы.

Материалы для оптических покрытий
Материалы для оптических покрытий можно условно разделить на три основные группы:
Диэлектрические материалы (например, диоксид кремния, фторид магния): используются для создания антиотражающих (AR) и высокоотражающих (HR) покрытий.
Металлические материалы (например, алюминий, золото, серебро): используются для создания зеркальных поверхностей и проводящих покрытий. Гибридные материалы: Сочетания диэлектрических и металлических свойств, используемые для специализированных задач. Ниже представлены наиболее часто применяемые материалы для оптических покрытий — от оксидов и фторидов до металлов и полимеров, — с описанием их характеристик, преимуществ и типичных областей применения в оптической, электронной промышленности и приборостроении.

Диоксид титана (TiO₂): Известный своим высоким показателем преломления и долговечностью, TiO₂ эффективно повышает рабочие характеристики и улучшает цветопередачу в антиотражающих покрытиях; он часто используется в многослойных оптических покрытиях для повышения оптической эффективности.
Фторид магния (MgF₂): Идеальный выбор для антиотражающих покрытий, охватывающих диапазон от ультрафиолетового до видимого спектра; MgF₂ отличается низким показателем преломления, долговечностью и устойчивостью к царапинам, что делает его подходящим материалом для линз, защитных стекол и оптических компонентов лазерных систем.
Диоксид кремния (SiO₂): Широко применяется как в антиотражающих покрытиях, так и в защитных слоях; SiO₂ прозрачен, долговечен и демонстрирует отличную устойчивость к воздействию внешних факторов, таких как влажность и перепады температур.
Алюминий (Al): Благодаря своим исключительным отражающим свойствам в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, алюминий часто используется в отражающих покрытиях для зеркал и светоделителей; однако, как правило, он требует нанесения дополнительного защитного слоя для предотвращения окисления.
Серебро (Ag): Серебро демонстрирует превосходные рабочие характеристики и высокую отражательную способность в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, что делает его популярным выбором для высокоэффективных оптических систем. Тем не менее, поскольку оно подвержено потускнению (сульфидированию), обычно требуется нанесение дополнительного защитного покрытия.
Золото (Au): Идеальный материал для отражающих покрытий в инфракрасном диапазоне; золото отличается высокой отражательной способностью и устойчивостью к окислению. Оно отлично подходит для высокоточных оптических задач, несмотря на более высокую стоимость по сравнению с другими материалами.
Оксид алюминия (Al₂O₃): Известный своей долговечностью, Al₂O₃ используется в защитных покрытиях, предназначенных для противостояния абразивному износу, коррозии и воздействию высоких температур; его часто наносят на такие оптические компоненты, как линзы и зеркала.
Фторид кальция (CaF₂): Используется в оптических покрытиях, требующих высокой прозрачности в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах; CaF₂ прозрачен и устойчив к воздействию высокоэнергетического излучения, что делает его оптимальным выбором для мощных лазерных и инфракрасных оптических систем.
Полиимид (PI): Полимер, используемый для создания защитных покрытий; полиимид отличается превосходной устойчивостью к воздействию высоких температур, химических веществ и излучения. Этот материал часто применяется в гибких оптических устройствах — таких как оптические волокна — благодаря своей легкости и долговечности.
Процессы нанесения оптических покрытий — Тонкопленочное PVD-покрытие
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) — это широко используемый метод создания оптических тонкопленочных покрытий. Термин PVD объединяет различные методы вакуумного осаждения, такие как распыление и испарение. Процесс PVD-покрытия подразумевает испарение твердых материалов внутри вакуумной камеры и их осаждение в виде тонкой пленки на поверхность целевой подложки. Этот метод применяется для модификации поверхностных свойств объекта, наделяя его новыми механическими, химическими, электрическими или оптическими характеристиками. PVD-покрытия, как правило, отличаются исключительно высокой твердостью поверхности, низким коэффициентом трения, а также превосходной коррозионной и износостойкостью. Процесс осуществляется в вакуумной камере при температурах от 50 до 600 градусов Цельсия; при этом атомы испаряемого материала осаждаются на поверхность покрываемого объекта и внедряются в нее. Толщина получаемой тонкой пленки может варьироваться от нескольких нанометров до нескольких микрометров в зависимости от конкретной области применения. PVD-технология часто используется в сфере оптических тонкопленочных покрытий для создания слоев, изменяющих оптические характеристики линз, зеркал, фильтров, светоделителей и других оптических компонентов; к числу таких покрытий относятся антиотражающие (AR), высокоотражающие (HR) и дихроичные покрытия.
К распространенным методам нанесения оптических PVD-покрытий относятся:
• Электронно-лучевое испарение с ионным ассистированием (IAD e-beam)
• Реактивное магнетронное распыление с плазменным ассистированием (PARMS)
• Ионно-лучевое распыление (IBS)
• Усовершенствованное плазменное распыление (APS)