薄膜光學(xué)與鍍膜技術(shù)ppt課件

1、SpeakerSpeaker：HarryHarryThin Film Optics and Coating TechnologyThin Film Optics and Coating Technology光是一種電磁波光是一種電磁波可見光波長范圍可見光波長范圍760400nm760400nm紅外光波長范圍紅外光波長范圍0.761000um0.761000um紫外光波長范圍紫外光波長范圍10400nm10400nm一、什么是光？一、什么是光？光學(xué)薄膜原理光學(xué)薄膜原理光波遇到有界面時(shí)會(huì)受到影響引起反射和透射現(xiàn)象光波遇到有界面時(shí)會(huì)受到影響引起反射和透射現(xiàn)象右圖為折射率為右圖為折射率為n的光學(xué)薄膜的

2、光學(xué)薄膜1、2、3為反射光為反射光(R)1、2、3、為透射光、為透射光(T)二、光的現(xiàn)象二、光的現(xiàn)象光學(xué)薄膜原理光學(xué)薄膜原理當(dāng)光在膜層中的干涉現(xiàn)象可被偵測到時(shí)，我們認(rèn)為這層膜是薄的當(dāng)光在膜層中的干涉現(xiàn)象可被偵測到時(shí)，我們認(rèn)為這層膜是薄的光學(xué)薄膜就是在光學(xué)元件上或獨(dú)立基板上鍍上特定的膜質(zhì)來改變光波傳遞光學(xué)薄膜就是在光學(xué)元件上或獨(dú)立基板上鍍上特定的膜質(zhì)來改變光波傳遞的特性。的特性。Q：薄膜有什么特點(diǎn)？：薄膜有什么特點(diǎn)？光學(xué)薄膜由光的干涉作用達(dá)到效果光學(xué)薄膜由光的干涉作用達(dá)到效果Q：那么要薄到什么程度呢？：那么要薄到什么程度呢？三、什么是光學(xué)薄膜？三、什么是光學(xué)薄膜？光學(xué)薄膜原理光學(xué)薄膜原理生活中的

3、光學(xué)薄膜光學(xué)薄膜原理光學(xué)薄膜原理光學(xué)薄膜在光學(xué)系統(tǒng)中的作用光學(xué)薄膜在光學(xué)系統(tǒng)中的作用光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用高反射鏡高反射鏡光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用只取反射光，盡量減少透射光減反射鏡減反射鏡減少光學(xué)元器件表面的反射光，提高透射光光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用雙色分光鏡原理圖偏振分光鏡原理圖SP中性分光鏡分光鏡分光鏡光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用在某波段不透光而相鄰的另一波段有很高的透射率的一種光學(xué)器件截止濾光片截止濾光片長波通濾光片短波通濾光片實(shí)際應(yīng)用：冷光鏡、彩色分光膜等光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用 帶通濾光片帶通濾光片指某波段域內(nèi)透射率很高而其兩旁透射率甚低的濾光片典型結(jié)構(gòu)：典型結(jié)構(gòu)：Fabry-Pero

4、t型濾光片型濾光片Transmittance%實(shí)際應(yīng)用：光纖通訊行業(yè)，數(shù)碼，投影儀等光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜的類型與符號光學(xué)薄膜的類型與符號光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜在投影機(jī)上的各種應(yīng)用光學(xué)薄膜在投影機(jī)上的各種應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用光學(xué)薄膜應(yīng)用減反膜，偏振分光膜高射反膜減反膜，分色膜，截止帶通濾光膜光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作熱電阻加熱熱電阻加熱特點(diǎn)：特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便； 電阻片加熱溫度有限，高熔點(diǎn)的 氧化物大多無法蒸鍍 蒸發(fā)速率低；合金或化合物加熱會(huì)導(dǎo)致分解。 膜質(zhì)不硬，密度不高光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作蒸發(fā)源材

5、料蒸發(fā)源材料：鎢（W,TM=3380） 鉬（Mo,TM=2980）鉭（Ta,TM=2630）等電子槍蒸鍍法電子槍蒸鍍法特點(diǎn)：特點(diǎn)： 比起熱電阻污染少，膜品質(zhì)較高； 蒸發(fā)范圍廣，可蒸鍍?nèi)埸c(diǎn)較高之 氧化膜熱效率高、熱傳導(dǎo)和熱輻射損失小 可以鍍多層膜鍍膜過程中使用不同材料需要不時(shí)調(diào)換光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作磁控濺鍍磁控濺鍍特點(diǎn)：特點(diǎn)： 利用磁場作用，提高濺鍍速率提高薄膜的品質(zhì)磁場會(huì)把電子偏離基板，故可以在一些較不耐溫的基板上鍍膜 可以做成連續(xù)的濺鍍系統(tǒng)，連續(xù)工作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作離子束濺鍍離子束濺鍍光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作特點(diǎn)：特點(diǎn)： 制作的薄膜密度高，散射小膜折射率穩(wěn)定均勻，膜厚精準(zhǔn)可以配合

6、其他制鍍方法，提高制鍍速率 增加了控制的自由度離子束助鍍離子束助鍍特點(diǎn)：特點(diǎn)： 配以蒸鍍或?yàn)R鍍系統(tǒng)，提高鍍膜速率成膜純度高，膜變得更縝密 光譜特性穩(wěn)定提高了膜層折射率的均勻性光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作鍍膜厚度監(jiān)控的方法鍍膜厚度監(jiān)控的方法光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作石英晶體監(jiān)控法石英晶體監(jiān)控法特點(diǎn)：特點(diǎn)： 石英晶體振蕩的頻率與晶體上薄石英晶體振蕩的頻率與晶體上薄膜的質(zhì)量成反比膜的質(zhì)量成反比是一種薄膜質(zhì)量測量方法，它也是一種薄膜質(zhì)量測量方法，它也被稱為質(zhì)量微天平被稱為質(zhì)量微天平厚度顯示不穩(wěn)定，做精密光學(xué)薄厚度顯示不穩(wěn)定，做精密光學(xué)薄膜數(shù)據(jù)只作參考，只作為鍍膜速率膜數(shù)據(jù)只作參考，只作為鍍膜速率的控制的控制

7、光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)參數(shù)測量光學(xué)參數(shù)測量由分光光度計(jì)量出薄膜的透射率及反射率進(jìn)而推算出n、k、d光度法：量測光穿透或反射自薄膜后的變化求得光度法：量測光穿透或反射自薄膜后的變化求得nkdnkd橢圓偏振法：以偏振光經(jīng)薄膜反射后量測其光振幅及相位變化求得橢圓偏振法：以偏振光經(jīng)薄膜反射后量測其光振幅及相位變化求得利用商品化的分光光度計(jì)和光譜分析儀量出穿透率和反射率等利用商品化的分光光度計(jì)和光譜分析儀量出穿透率和反射率等光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)特性測量光學(xué)特性測量雙光路分光光度計(jì)光學(xué)薄膜

8、制作光學(xué)薄膜制作非光學(xué)特性測量非光學(xué)特性測量基板工藝基板工藝基片的種類：玻璃(冕牌玻璃，火石玻璃)晶體塑料陶瓷金屬基片的清洗：洗滌劑、化學(xué)藥品、超聲波清洗、離子轟擊、手工擦拭、紫外線和臭氧等光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜材料光學(xué)薄膜材料常用光學(xué)薄膜的材料從化學(xué)組成上可分為：氧化物、氟化物和金屬合常用光學(xué)薄膜的材料從化學(xué)組成上可分為：氧化物、氟化物和金屬合金金氧化物材料：具有熔點(diǎn)高，比重大，高折射率和高機(jī)械度，氧化物材料：具有熔點(diǎn)高，比重大，高折射率和高機(jī)械度，膜質(zhì)硬的特點(diǎn)，如膜質(zhì)硬的特點(diǎn)，如二氧化鈦二氧化鈦，氧化硅等，氧化硅等氟化物材料：具有熔點(diǎn)低，小比重，低折射率和較差機(jī)械度，膜軟，氟化物

9、材料：具有熔點(diǎn)低，小比重，低折射率和較差機(jī)械度，膜軟，怕水的特點(diǎn)。如氟化鎂，怕水的特點(diǎn)。如氟化鎂，冰晶石冰晶石等等金屬合金：一般金屬具有較強(qiáng)的反光性和吸光性，因此金屬（或合金屬合金：一般金屬具有較強(qiáng)的反光性和吸光性，因此金屬（或合金）材料一般作為反光薄膜材料或光調(diào)節(jié)材料。金）材料一般作為反光薄膜材料或光調(diào)節(jié)材料。光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作金屬膜金屬膜應(yīng)用應(yīng)用介質(zhì)膜介質(zhì)膜應(yīng)用應(yīng)用K- 利用其反射率高,截至帶寬,偏振小,制備簡單,在反射鏡,誘導(dǎo)透射濾光片和消偏振薄膜等場合廣泛應(yīng)用K=0 利用其吸收小,選擇性反射,設(shè)計(jì)參數(shù)多,膜層強(qiáng)度高等特點(diǎn),在低損耗,高反射膜,高透射帶通濾光片,截止濾光片以及各種復(fù)

10、雜膜系方面廣泛應(yīng)用R隨著增加而增大T隨著增加而增大高的損耗低的損耗較厚膜無干涉效應(yīng)具有干涉效應(yīng)下表列出了金屬膜與介質(zhì)膜的理想性質(zhì)下表列出了金屬膜與介質(zhì)膜的理想性質(zhì). .實(shí)際的材料或多或少地會(huì)偏離這些理想材料,如介質(zhì)有一定的消光系數(shù)k,而金屬也有一定的實(shí)數(shù)折射率n.金屬膜與介質(zhì)膜的比較金屬膜與介質(zhì)膜的比較光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜應(yīng)用實(shí)例：光學(xué)薄膜應(yīng)用實(shí)例：眼鏡鏡片：鏡片材料主要是氧化物如二氧化硅，氧化鎂，氧化鋅，氧化鋁，氧化鈉，氧化鉀等等。UV光學(xué)白片添加少量的氧化鈦或氧化鈰等吸收紫外線，最普遍防紫外線優(yōu)質(zhì)白色鏡片光學(xué)玻璃成分中添加鹵化銀等化合物使鏡片在紫外線照射下分解成銀河鹵素原子，顏

11、色由淺變深。有色玻璃鏡片主要是鍍了不同的氧化物產(chǎn)生顏色起到一定的作用，如添加氧化錳，氧化鐵，氧化鎳等著茶色作太陽鏡防眩光。光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜應(yīng)用實(shí)例：光學(xué)薄膜應(yīng)用實(shí)例：太陽能電池裸硅表面的反射率在30%以上 將電池表面腐蝕成絨面或者多孔狀(增加光與半導(dǎo)體表面作用的次數(shù),同時(shí)會(huì)使電池溫度升高)鍍上減反射膜(SiO2/SnO2/TiO2/SiNx/SiCx等)光學(xué)薄膜制作光學(xué)薄膜制作ITO鍍膜氧化銦錫（即Indium Tin Oxide, 簡稱ITO）材料是一種n型半導(dǎo)體材料，在In2O3摻入SnO2.具有高的導(dǎo)電率、高的可見光透過率、高的機(jī)械硬度和化學(xué)穩(wěn)定性液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）、電致發(fā)光顯示器（ EL/OLED）、觸摸屏（Touch Pane