二氧化钛涂层

2026年3月3日|K WONG

二氧化钛（TiO₂），俗称钛白，是薄膜光学镀膜制造中广泛使用的介电材料。TiO₂ 以其极高的折射率和出色的耐用性而闻名，是操纵各种光学系统（特别是在可见光和近红外（NIR）光谱中）光线的基石材料。

光学特性

TiO₂ 在光学组件中的应用源于其特定的物理和光学特性：

高折射率： TiO₂ 在透明光学镀膜材料中拥有最高的折射率之一。根据沉积方法和光的特定波长，其折射率 (n) 通常在 2.2 到 2.4 之间。
宽透明范围：它在可见光谱（约 400 纳米）到近红外区域（最远可达约 3000 纳米，即 3 微米）表现出优异的透光性。
吸收和散射：如果沉积正确，TiO₂ 薄膜在其透射范围内具有极低的吸收和散射损耗，使其成为高精度激光光学的理想选择。

为了制造高效的光学元件，TiO₂ 被沉积在基板（如玻璃、石英或其他光学晶体）上，形成极薄且精确控制的涂层。常见的沉积技术包括：

电子束蒸发：一种传统方法，其中电子束在真空中熔化并汽化 TiO₂ 材料，使其在基板上凝结。
离子辅助沉积（IAD）：常与蒸发结合使用，该方法用离子束轰击生长中的薄膜。这会使 TiO₂ 层致密化，稳定其折射率，并使涂层高度抵抗湿度等环境变化。
离子束溅射（IBS）：这种高能量过程可生产最致密、最光滑、最无缺陷的 TiO₂ 涂层。IBS 通常用于需要超低光学损耗和最大耐用性的严苛应用。

由于其高折射率，TiO₂ 很少单独使用。它最常与低折射率材料（如二氧化硅（SiO₂，n ~ 1.45））配对，以创建交替层。这种高/低折射率对比导致光在层边界处发生干涉，这可以设计以实现特定的光学效果：

光学带通滤波器：通过精确控制交替的 TiO₂ 和 SiO₂ 层的厚度，制造商可以创建多层介质堆栈，只传输特定窄带波长，同时反射所有其他波长。这在激光系统、电信和光谱学中非常宝贵。
减反射（AR）涂层：少量策略性放置的包含 TiO₂ 的层可以大大减少透镜和窗户的表面反射，从而最大化透光率。
高反射（HR）镜：堆叠许多交替的四分之一波长 TiO₂ 层和低折射率材料可创建介质镜，能够在特定波长下反射超过 99.9% 的入射光。
分束器： TiO₂ 涂层可以设计成部分透射和部分反射光线，将单束光分成两条光路。