在光学加工镀膜中，石英玻璃作为各类高端光学镜片的基底，其遍布利用从半导体光刻机的深紫表镜头，到医用内窥镜的；ご，再到高功率激光器的输出窗口，石英玻璃其宽波段透过性、极低的热膨胀和优异的化学不变性，成为光学设计最靠得住的基底资料之一
。

（石英玻璃双面增透）

然而，石英玻璃的光学加工并非易事
。它的硬度高、脆性大，传统工艺效能偏低；某些加工步骤（如单点金刚石车削）甚至齐全不合用
。若何扬长避短，将石英玻璃加工成切合要求的光学元件，并在其表表镀上职能薄膜，是光学造作领域的主题课题
。下面我们将从科普的角度，带各人从石英玻璃的成分到光学加工及利用，为各人做一个全面的单一意识，

（派大莘摄）

一、石英玻璃是什么？

石英玻璃的化学成分很单一——二氧化硅（SiO?），但它不是晶体状态（如水晶），而长短晶态的无定形结构
。这种无序的硅-氧网络赋予了它一系列独个性质
。

凭据原料和造备步骤的分歧，石英玻璃重要分为两类：

1.天然石英玻璃：以天然水晶为原料，氢氧焰熔融造成
。成本较低，但羟基（-OH）含量较高（约100-200ppm），在红表2.73μm处有显著的吸收峰
。

2.合成石英玻璃：以四氯化硅（SiCl?）为原料，通过化学气相沉积（CVD）造成
。纯度极高（99.9999%以上），羟基含量可低至1ppm以下，深紫表透过率远优于天然石英
。当然，价值也更高
。

下表汇总了石英玻璃的根基物理个性（通例批次数据）：

极低的热膨胀系数意味着石英玻璃能够接受剧烈的温度变动——从室温直接插入1000°C的炉膛也不会炸裂
。这一个性在高温或高功率光学系统中极为贵重
。

（石英玻璃曲线图）

二、石英玻璃的光学特点

高透光，宽光谱：石英玻璃的透过领域能够从深紫表（约200nm）一向延长到中红表（约3.5μm）
。当然，具体数值取决于资料纯度和羟基含量
。通例合成石英玻璃（10mm厚，未镀膜）的透过率如下：

【注】高纯度合成石英（如专为光刻设计的商标）在193nm处透过率可达99%以上，但此类资料并非通用批次，成本是通常石英的5-10倍
。

折射率与色散：石英玻璃属于低色散资料，阿贝数约为67.8
。在可见光波段的主折射率为1.4585（d线，587.6nm）
。对于紫表利用，365nm（i线）处的折射率约为1.4745
。

激光危险阈值：在通例加工和镀膜前提下，石英玻璃基片（未镀膜）在1064nm、10ns脉冲激光下的危险阈值约为5-10J/cm?
。镀造增透膜后略有降落，但通过优化工艺仍可维持在相近水平
。

【注】经过超精密抛光并选取离子束溅射镀膜后，危险阈值可提升至30-50J/cm?，但属于专业激光光学厂商的定造能力，不合用于通例批量出产
。

（JGS1/2/3三种石英玻璃透过率领域图）

三、为什么石英玻璃适合做光学镀膜的基底？

在石英玻璃表表镀造光学薄膜（增透膜、反射膜、滤光膜等），能够充分阐扬其基底优势
。这些优势在通例镀膜工艺（如电子束蒸发+离子辅助沉积）中就能体现：

1.膜层附着力强
。石英玻璃表表的硅羟基（Si-OH）与常见的氧化物薄膜资料（如SiO?、TiO?、Ta?O?）能形成化学键合，经过尺度洗濯后，镀层通过胶带测试无脱落是通例水平
。

2.扰爪力匹配优良
。石英玻璃的热膨胀系数（0.55×10??/K）与二氧化硅薄膜险些一致，与其他常用膜层资料也相近
。这意味着在-40°C至+200°C的工作温度领域内，膜层不会因热胀冷缩而开裂
。

3.基底表表可抛光至足够光滑
。通例光学抛光后，石英玻璃的表表粗糙度（RMS）可达0.5-1nm
。这为低散射损耗的镀膜奠定了基础
。【注】若必要原子级光滑表表（<0.1nmRMS），则必要磁流变抛光或离子束建形等后续工序
。

4.耐镀膜高温
。电子束蒸发镀膜时，基片通常加热到200-300°C，石英玻璃齐全接受，不会变形或产生内应力
。

（图源网络-侵删）

四、哪些加工步骤不合用于石英玻璃？

在光学加工中，有些步骤对通常光学玻璃（如K9、BK7）很好用，但用在石英玻璃上就会出问题
。以下是通例工厂应出格把稳的“雷区”：

1.单点金刚石车削：齐全不合用
。石英玻璃是脆性资料，车削时的部门应力会导致崩边、微裂纹，无法得到光学级表表
。即就是超声辅助切削，也仍停顿在尝试室阶段
。

2.通例CO?激光抛光：很罕用于精密光学件
。激光部门加热易产生扰爪力，导致微裂纹甚至炸裂，且面形精度难以节造
。该技术重要用于非光学表表的粗效滑润
。

3.纯氢氟酸长功夫蚀刻：可用但要审慎
。氢氟酸蚀刻是各向同性的，会粉碎尺寸精度，并使表表粗糙度增大（可升至10nm以上）
。通例出产中，氢氟酸仅用于短功夫的去毛刺或化学减薄，并严格计时
。

4.高温热压成型：不合用于精密光学件
。石英玻璃软化点高达1680°C，在高温下粘度依然很高，难以精确填充模具；同时模具资料可能传染玻璃表表
。

5.传统散粒磨料研磨：固然可用，但效能偏低
。相比通常光学玻璃，石英玻璃的研磨去除率低30-50%，加工成本更高
。

理解这些限度，能够预防选择不切现实的加工路线
。

（石英玻璃镀膜滤光片）

五、镀膜后的石英玻璃用在哪里？

石英玻璃镀上分歧的光学薄膜后，能够胜任各类利用场景
。以下按利用领域别离介绍，并给出通例工厂可批量保障的加工参数
。

1.紫表固化与半导体检测：在365nm（i线）或405nm（h线）的紫表光学系统中，石英玻璃是首选的窗口和透镜资料
。典型的加工参数为：

面形精度：λ/4@633nm（过问仪丈量）

表表粗糙度：<1nmRMS

增透膜：单面渣滓反射率<0.5%@365nm（膜层资料Al?O?/SiO?或MgF?）

【注】深紫表（248nm、193nm）光刻级别利用，必要合成石英基片+专用镀膜工艺，通例光学工厂不具备，需寻找专业深紫表光学厂商
。

2.可见光及近红表光学系统

这是最通用的领域，涵盖成像镜头、；ご翱凇⒎瓷渚档
。加工参数如下：

面形精度：λ/4至λ/10@633nm（依元件尺寸和职能而定）

表表粗糙度：<1nmRMS

宽带增透膜（400-700nm）：均匀反射率<1%/面

介质反射镜（中心波长可指定）：反射率>99%@45°入射角

3.高功率陆续激光器

以1070nm光纤激光器的输出窗口为例，通例水平为：

增透膜：渣滓反射率<0.2%@1070nm

激光危险阈值：>10J/cm?（10ns脉冲）或>1kW/cm?陆续波

面形精度：λ/10@633nm

【注】对于超过30J/cm?脉冲或10kW陆续波的高端激光器，必要选取离子束溅射镀膜和超精密抛光基片，这超出了通例工厂的量产能力
。

4.光通讯窄带滤光片（DWDM）

用于波分复用系统的薄膜滤光片，通例工厂可实现的指标为：

中心波长公差：±0.5nm

带宽（半高宽）：1-2nm

峰值透过率：>95%

【注】信路距离50GHz（中心波长精度±0.05nm，带宽0.4nm以下）的滤光片，必要专业光通讯滤光片厂家造作，不属通用光学加工领域
。

5.生物医疗仪器

在荧鲜明微镜、流式细胞仪、内窥镜等设备中，石英玻璃的化学惰性和生物相容性至关沉要
。通例加工要求：

表表粗糙度：<1nmRMS，且洗濯后无颗粒残留

耐湿热灭菌：膜层经121°C高压蒸汽30分钟不脱落

透过率：>90%@所需波段（通常为400-700nm或特定荧光波段）

6.空间光学（贸易卫星）

对于低轨路贸易卫星的光学载荷，石英玻璃镀膜后需满足：

宽温工作：-40°C至+70°C无膜裂

抗辐射加硬膜：削减空间带电粒子导致的透过率衰减

可选低吸水性膜层

【注】高轨路或长命命（10年以上）空间利用必要额表的筛选、辐照测试和特殊封装，不属于通例加工批次
。

六、高端工艺能达到什么水平？

下表列出了一些仅在专业细分领域或研发前提下能力达到的高端参数
。这些极度规光学工厂的量产能力，仅供参考对比
。

石英玻璃是一种机能优越但加工门槛略高的光学资料
。在通例加工前提下，通过传统研磨、抛光和电子束蒸发镀膜，齐全能够造作出满足绝大无数工业、医疗和科研需要的光学元件——面形精度λ/4～λ/10、粗糙度0.5-1nmRMS、增透膜反射率<0.5%/面、激光危险阈值约10J/cm?
。

对于钻营原子级光滑表表、极限激光耐受或深紫表高效透过的高端利用，则必要选取磁流变抛光、离子束建形、离子束溅射镀膜等专门工艺，并承担更高的成本与更长的周期
。