光学发黑：马丁黑镀膜、波尔红外发黑膜

一、减少系统内部杂散光反射方法

1.内含一些光吸收材料，如黑色燃料，炭黑粒子或碳硅粒子，（消光油墨，容易掉渣）。

2.在仪器腔体，凹槽或裂缝处形成多次反射，如光路路径上加工消光螺纹（有标准），激光末端采用消光锥。

3.一种广泛使用的光学发黑镀膜就是马丁黑镀膜这是一种具有凹凸形状的着色阳极氧化镀膜，这种表面拥堵对紫外光，可见光和红外光进行衰减。

4.另一种重要发黑膜是为了提高红外硬件设备种热控制能量而研发的波尔红外发黑膜，发射率小于50k。

5.消光绒，主要用于太阳光，镜头内部。

杂散光抑制中重要的一种手段就是涂黑，在光学系统内部表面涂黑可以减少系统内部的杂散光反射，称之为光学发黑处理技术。本贴主要讲解发黑中，常用的两种黑膜：马丁黑镀膜和波尔红外发黑膜。

二、光学发黑膜特性

1、内含一些光吸收材料，例如黑色染料、碳黑粒子或碳硅粒子;

2、在仪器的腔体、凹槽或者裂缝处形成多次反射;

3、会对不平整表面产生的辐射形成散射;

4、辐射会在一种多层结构内形成干涉。   

每一种特性都会对波长稍有依赖，因而针对某种应用的具体要求，必须对光学发黑镀膜进行设计。在一种波长下是能量吸收，在另一种波长下就可能造成辐射，因此干扰了系统的热平衡。

三、马丁黑镀膜

    马丁黑(Martin Black)是一种广泛使用的光学发黑镀膜，其具有凸凹形状的着色阳极氧化镀膜，与铝表面结合后，可以在一个宽光谱范围内很好地工作。其它光学发黑镀膜中的纹理结构类似于马丁黑，但看起来像重叠的拉长粒子阵列，或者竖直管状结构阵列。所有这些薄膜测量出的横向尺寸都只有几个微米。其核心反应为硒铜系化学反应：

3Cu+H2SeO3+4H+ —— 2CU2+ + CuSe(黑色)+3H2O

在含亚硒酸（H₂SeO₃）的溶液中，铜表面沉积出硒化铜（CuSe）晶体膜，膜层疏松多孔，形成高效吸光陷阱。

参数——马丁黑镀膜

吸收波段——200到2500nm（紫外到近红外）

可见光吸收率——95%

耐磨性——低（需涂防锈油保护）

耐盐雾能力——<72小时

环保风险——含剧毒硒，废水难处理

    可以看出马丁黑镀膜在可见与近红外波段表现良好。

四、波尔红外发黑膜

    波尔（Ball）红外发黑膜是一种重要的发黑膜，可以提高红外硬件设备中热控制能力，具有散射表面特性，有效发射率小于50K，符合空间应用的技术要求。波尔工艺采用碱性氧化法，在铜表面分步生成Cu₂O→CuO黑色氧化膜：

2cu + NaClO  —— Cu2O + NaCl

Cu2O + NaClO + 2H2O —— 2Cu(OH)2 + NaCl

Cu(OH)2 —— CuO(致密黑膜） + H2O

    通过精确控制温度（80–95℃）与时间，形成纳米晶CuO膜层，其晶格结构对红外光子捕获率达99%。

参数——波尔红外发黑膜

优势波段——700到2500nm（红外）

红外吸收率——>99%

耐温性——230摄氏度（石墨烯增强型）

盐雾耐受——>300小时

环保性——无重金属，溶液可循环

    可以看出，波尔红外发黑膜在红外表现良好。

五、二者发黑的选择

    在选择光学发黑镀膜类型时，一些需要慎重考虑的因素包括极端温度和湿度变化、冲击和振动、太阳辐射和核辐射、磨损及潮气等因素下的灵敏度。如果是空间应用，还潜在着一些因素，例如微小陨石的伤害、除气、与失重有关的问题、由于暴露于原子氧中造成的重量损失以及老化问题。

    一种 MartinBlack改进型(称为加强型马丁黑)已经成功发明，在受到低绕地运行轨道中原子氧的腐蚀时，可以提高发黑镀膜的耐久性。大部分光学发黑镀膜较脆，若其表面上落有灰尘或者其它残渣，比较难于清洗。一些镀膜在后续工序中和应用期间很容易受到损伤，有时候这些镀膜失效是由于基板弯曲。所以，结构的刚性很重要。Pike和Mehrotra(1999)阐述了一种稳定的专利镀膜。开始，这种膜层是为热录像仪研制的，使用的光谱带宽是8~14μm，但后来发现，该膜系也可用于抑制光学仪器中可见光区域的杂散光。

六、发黑性能测试

    光学发黑镀膜性能进行的一种常规测量就是它的双向光谱反射比分布函数(BRDF)，这种测量定义为反射后的辐照度与人射辐照度之比。该函数随人射角和辐射波长变化。上述的各种衰减源容易使入射光在镀膜表面某一局部区域发生散射，以致于使表面的正常光谱反射转换成一种三维有限范围内的传播，散射范围从几分之一度到几十度。

注：这里只是对这两种膜进行介绍，光学发黑处理的膜有很多，国产的膜也不少。

作者QQ及微信：49922779