薄膜光學(xué)知識點(diǎn)

1、薄膜光學(xué)： 1. 整部薄膜光學(xué)的物理依據(jù)就是 光的干涉。（托馬斯楊干涉實(shí)驗(yàn)） 2. 列舉常用的光學(xué)薄膜 鍍膜鏡片，牛頓環(huán)，濾光片、反射鏡， ITO膜，幕墻玻璃，紅外膜， DWDM光纖薄膜器件, 電致變色膜。 3. 利用薄膜可以實(shí)現(xiàn)的功能 減少反射，提高透射率；提高反射率；提高信噪比；保護(hù)探測器不被激光破壞；重要票據(jù)的 防偽等等?？傊芰谐龆嗌俟獾挠猛揪湍芰谐龆嗌俟鈱W(xué)薄膜的用途。 提高光學(xué)效率，減少雜光。如高效減反射膜，高反射膜。實(shí)現(xiàn)光束的調(diào)整和再分配。如分束 膜，分色膜，偏振分光膜。通過波長的選擇性提高系統(tǒng)信噪比。如窄帶及帶通濾光片、長波 通、短波通濾光片。實(shí)現(xiàn)某些特定功能。如 ITO透明導(dǎo)電

2、膜，保護(hù)膜等。 4. 一束入射角為“的光入射到厚度為 di、折射率為n1的薄膜上產(chǎn)生的相位差為： 2 =4二mdi cos / I ；雙光束強(qiáng)度為： R = R 十R2 土2jR|R2 COS26 = r； + r； 2IT2 cos26 詳細(xì)計算過程： 光線玲和m的干涉強(qiáng)度決定于它和的光春琵 作O衛(wèi) 垂直于光線m于是，兔和m的光程差 /e 迪f 且+ 仍一 從圖上很容翦找出下列幾何關(guān)墓 AB=BOd/&f AD = yt7*aju 沁 tg 施”曲弘 此外，根據(jù)折対定禪有 Ho* Bill Tii frin 爲(wèi). 把上間三式代入，得到光程差 飩曲COS吐* 相應(yīng)的相位差如果先不考慮光

3、在界茴2上反射時的相位跌變，則當(dāng) 光程差為 (m 0r lf 2,卄 J 時,蓿產(chǎn)生相長干涉;而當(dāng) 081= (24-1) Xo/2 (k(), 12 2) 時F將產(chǎn)生相消干涉. 干涉強(qiáng)度的計算，可先迭加反射光Ti和 g 的振動T* 得到合振動為 E=T COS (3 _ p) ” 式中r咼含撮幅沖是合振動相他 二若和咲“、23有如下 關(guān)系上 滬二+疋+ 甌ra COS 2Sj 龜=r sin 28/ (允十咒COE塑) 其中 23 =4亦工血cos爲(wèi)/入慎 按照光強(qiáng)定義，反射光合提動的尿度丘=碼而丘計此 則雙光束干涉強(qiáng)度的計算公式是 =itx 4- U3 2 V RjRa cos 28, (

4、1-5 式中士號由心和灼的符號確定.當(dāng)怙和內(nèi)同號時取加 號；而當(dāng)吆和嗆異號時取減號.光束由光疏媒質(zhì)到光密媒 質(zhì)反射時反射振輻為負(fù)值,表示有皿的相位脈變.相反，當(dāng)光 束由光密媒質(zhì)到光聽媒質(zhì)反射時，反射振幅為正值，表示役有 相位駅變.因此，上式中土號正是考慮了界面上反射時的相 你毆變情況而為則僅獪兩反射光束經(jīng)歷不同的略徑而引入 的枸旳炭. 5. 單層膜的多光束干涉計算： (薄膜光學(xué)2PPT中P26-29) 參光東于 的計WXM上和廈光 束憲全ffiRi也長先 把提動送加”再計算 9UL建別僅在于* 場干移的光康由灣JK NUD冬至于計 算方祛則以呆用K撮 為方便.單層JK的多光東干涉 f A 分別

5、為光由折射率為股的介臓射向折射車為 %的介質(zhì)時的攝輒反對屋數(shù)和扳幣選廿棗盧茸F分躊 麥水瓷由新耐車為匚的介質(zhì)射尙折射字為股的介疣時的按 翔良射姦磁和扼幅透肘蔬歎*造股和恤介施赴右哦枚1氏 土史托克定禪可為這些存在如下笑峯 玖 (t-6) r*d. (1-7) 這愕，如果入時光克前撮錨為 J 井亂不考滋介煩對光疲 的爺敢，風(fēng)各取反射光飾複褐虬紙如 嶽氏為； 勒臨 ” (L-sy 嶺瘡 atfO的撮罄虬氐 至于光東之間的I9tt世是廨魅待的. 束還崔理連射光建中相和胸飛束的栩位聲尚由式d幻皓 出. *t.S射克東的復(fù)撮帕苗武為 5 駅*v-叫的齊甬吧心 迭加后,反期充的合成劇輔為 r-= (fi+

6、Irff1+*ir* 卜伯口円 *+ * 如果權(quán)箱繪*大.則可認(rèn)為反射猶朿數(shù)時皆于無彌+式u- UI) 中無疥遙韓誓比鍛鑒有 l+r *Krlrt) +*-1/(1- (1-11) 戕入(i i武并科用類篠式口 )m(i-T),卑到 r-(*in2A.;n(L + rtJ +rjCl + rt；*2i. 門七; iHri+2門厲宦監(jiān)”】十說対 r nnto(-2?i). T dr 6.電磁場間的關(guān)系：k E1 光學(xué)導(dǎo)納： N ， 這是N的另一種表達(dá)式 r E 稱為光學(xué)導(dǎo)納 7.光在兩種材料界面上的反射: 反時死JM度即反射華 1 0 1 C E 7：H COSi) E H Y nR % T s

7、md sin nE. 傀-Y 0， 1 Y=CB 5 cos 8.掌握單層膜的特征矩陣公式： 薄膜光學(xué)3 PPT中P 15-21 cos isin5/l1 R C稱為膜系的特征矩陣 單層膜的反射系數(shù)和反射率為: 9.掌握多層膜的特征矩陣公式： 薄膜光學(xué)3 PPT中P 26-29 L，春肝得到: 1 Y /sintf. sin S cosd, 稱為該取層膜系的特征矩陣. COSJn iq2 stn Y=C/B則反射率為; +Y丿 +Y丿 飪沒在前面討論於單.層膜:再 加上層膜*如圈 這討與基底栩洼詢界面為 G 川緊蛙基底為議層為特征矩 cosJ, /sinV - A： M 任 sin g 込 k

8、 x . cosd H/t J I sinJ; is in 5. eosd. /sin COS) ) cos 5、 入MKJ n MA 界Mb M JFWo COSJ I irj, CDSJ 辯及一錯鼻堆廣利爭卑追 B _C J tjf = X r cos &r對于廠 E 波$ -波） 7?,=對于 T、【波【p -波） c o s N 6 sin & ? - X f sin & r 薄膜的特征矩陣的打列式等于1 10. 【計算】偶數(shù)四分之一光學(xué)膜層的特征矩陣： 口 2 1)2 2 r _4 r _2 r . 2 2 r _3 r A s 計算多膜層（膜層厚度為四分之一

9、波長的整數(shù)倍）的反射率 。【計算題：薄膜光學(xué) P35】 11. 單層減反膜的設(shè)計方法：【薄膜光學(xué)3PPT中P37】 12. 無論膜層是否有吸收，膜系的透射率與光的傳播方向無關(guān)。 13. 厚基片反射率和透射率的計算【薄膜光學(xué) 3PPT中P52-54】 在厚基片下，考虎到背面的反射* 如耒沒有吸收R二 同理：對于透射率 T = T；T； * T：T：R：R： 1 - R；R： + （/?；/?； f 廠一 5 3PPT中 R = R - + 丁 -尺；丁亠 I + 7?；/?； +(/?；/?；+ R 二 R -亠 ?。?R，R： + R, - R ： R ：、 I-/?-/? 奇數(shù)四分之一光學(xué)膜

10、層的特征矩陣: JR尺 R盤卡Rb -空* % 1-凡 * % (24219 + 404219 22X219032$ 9 1-.04219*.04219 =reflectance of a plate Ra = reflectance of side a Rn = reflectance of side b 14. 有些鍍膜元件表面反射的光色彩與入射光顏色不同， 主要原因在于 在不同的波段元件表 面對于光的反射不同。 15. 單層入o/ 4減反膜的優(yōu)缺點(diǎn)？ 優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：（1）剩余反射高（2）帶寬小 雙層入o/ 4-入o/4減反膜的優(yōu)缺點(diǎn)？ 優(yōu)點(diǎn)：在中心波長處增透效果好 缺點(diǎn)：入o/4-入o/

11、4結(jié)構(gòu)的V形減反膜只能在較窄的光譜范圍內(nèi)有效地減反射，即帶寬較 小。因此僅適宜于工作波段窄的系統(tǒng)中使用。 入o /4-入。/ 2型雙層增透膜 的優(yōu)缺點(diǎn)？ 入o/4-入。/2型雙層增透膜在中心波長 入o兩側(cè)可望有兩個反射率極小值，反射率曲線呈 W型，所以也罷這種雙層增透膜稱為 W型膜。 在一定程度上展寬了帶寬但是總體的減反效果不理想，在中心波長處得反射率和單層膜相 同。 16. 入o/4-入o/2-入o/4型增透膜的優(yōu)點(diǎn)？不僅提高了增透效果，而且展寬了帶寬。 17. 入o/4-入o/2-入o/4型增透膜：G/M2HL/A的設(shè)計。當(dāng)其中有一膜層材料實(shí)際不存在時，應(yīng) 可用奇數(shù)層高低交替的材料 來替代

12、xL/yH/xL或xH/yL/xH，該替代多層光學(xué)厚度之和必 須等于原來膜層的光學(xué)厚度?！颈∧す鈱W(xué) 5PPT中P25-42】 舉例翠 E550mi 處， GWs: n-=13l85 M: Alq3n-L71 H: ITO tr-2.05 11上0 池 （3） 可證期，只要恰當(dāng)?shù)钠ヅ淠拥恼凵渎首?層膜就可以在k個波長位置實(shí)現(xiàn)零反射 此I 膜層折射率應(yīng)滿足: “ % A=n2/h=.=011 jiyht （4） k個零反射點(diǎn)的玻長分別為： 18.紅外寬帶減反膜的具體設(shè)計方法。 2 2 2 2 19.單層膜的反射率 計算：R = （n。-口 /ns） /（n。 n“ /n$）【一般不會超過 50%

13、】 多層減反膜設(shè)計方法 i*. 兩類方法* 以G/M2HI7A作為初始膜系，將目標(biāo)設(shè)計指標(biāo) 輸入設(shè)計軟件， 同時搟Mt厚和折射率作為可調(diào) 自變 由計算機(jī)進(jìn)行設(shè)計：（缺點(diǎn)雲(yún)常出現(xiàn) 現(xiàn)有膜料無法滿足預(yù)定要求） 以G/M2HUA作為初始膜系，將目標(biāo)設(shè)計指標(biāo) 輸入設(shè)計軟件，將扳射率固定，膜厚可調(diào),允 許計算機(jī)在三層結(jié)構(gòu)無法滿足要求時増加膜層 數(shù)。（缺點(diǎn)：層數(shù)多、厚度薄） 高反射率膜堆 G/H （ L/H ） S /A應(yīng)具有的特點(diǎn)？ （1）高低折射率層交替，介質(zhì)膜系兩邊的最外層為高折射率層。 為入o/4 20. 如何提高高反射率膜堆的反射率？ 證明 對于中心波長入” 丑血現(xiàn)應(yīng)大，或?qū)訑?shù) C2S+1）越名

14、,反敷 毫越高二- 層數(shù)超多，反射率可無限地援近100%但實(shí)際上，由于 膜層中吸收和9MMR失，膜系達(dá)到一定層數(shù)后，反射寧 不再提離甚至?xí)陆? tol nH /n1越大，或?qū)訑?shù)（2S+1）越多反射率越高。 21. 典型的入0/4高反射介質(zhì)膜堆 特點(diǎn)：四點(diǎn)。 （1）存在一個高反射帶；（2）膜層數(shù)越多，反射率穩(wěn)步提高； （3）高反射帶的（波數(shù)）寬度 2 g 是有限的，隨著層數(shù)的增加，寬度 2g并不改變；（4）在高反射帶的兩邊，反射率陡然降 為曉得振蕩著的數(shù)值，隨著層數(shù)的增加，獎增大反射帶內(nèi)的反射率以及帶外的振蕩數(shù)目。 22. 展寬高反射帶寬的方法？兩點(diǎn)。 婆宣気文射帶忙方法有兩個， （1） 膜菓

15、各層忙洋査形成規(guī)劉謹(jǐn)增或謹(jǐn)減 膜層耳度町以按算術(shù)級數(shù)遞儈也可以按幾何級截遞增. 對于一個q層配膜堆. 真術(shù)蛟數(shù)速肅匕 I, t（ 3*k）, RlRUs 屮rqjq 幾何級歡遞孫i,k【,kS,f j （2） 將兩個、搖至多個中心波長不冋的；IM多星康堆駐仝生卯貯枚 釦 G Cll,f A. QM/+1.2H三2H,對于入極, 在強(qiáng)遜禎有期刪瓠 結(jié)果造時瞬的馭瓢 出現(xiàn)很窄擁謝帶女瞧柯27圖2. 2 3所示。 改善方法：抽閤丹（也八和之（砒勖LT層， 23. 區(qū)分介質(zhì)高反射膜與金屬高反射膜，各自的優(yōu)缺點(diǎn) 介質(zhì)高反射膜：優(yōu)點(diǎn)：吸收幾乎為零；反射率接近 100%。缺點(diǎn)：價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜反射率為工

16、打匸叭 r （2）介質(zhì)層每層的厚度均 車牌識別攝像機(jī)和野外測控.抗干擾強(qiáng)，拍攝清晰. 金屬高反射膜：優(yōu)點(diǎn)：廉價、結(jié)構(gòu)簡單。具有一下特點(diǎn)： 1、高反射波段寬，幾乎可以覆蓋 全部光頻范圍；2、不同金屬膜層與基底附著能力差別較大， 如Al、Cr、Ni與玻璃附著牢固, Au、Ag與玻璃附著能力很差；3、化學(xué)穩(wěn)定性差，易被環(huán)境氣體腐蝕； 24. 在金屬高反射膜中引入介質(zhì)膜為何能夠改善金屬高反射膜的機(jī)械性能? I （1）改善金屬與基底的附著力，如 ， 對金屬層起到保護(hù)作用（3 ）提高金屬層得反射率。 25. 分光膜可以分為分束膜和分色膜； 分色膜是按顏色（波長）不同進(jìn)行分光； 分束膜是把一束光按比例分成光

17、譜成分相同的兩束光，在一定的波長區(qū)域內(nèi)，如可見區(qū)內(nèi)， 對各波長具有相同的透射率、反射率比例，因而反射光和透射光不具有顏色，并呈中性。 26. 中性分束鏡可分成介質(zhì)中性分光鏡、偏振中性分束棱鏡和金屬中性 _ 27. 介質(zhì)中性分光鏡結(jié)構(gòu)：周期性多層介質(zhì)膜系（LH）S。（較高反膜相比：層數(shù)少，反射率 滴（50%） 28. 介質(zhì)中性分光鏡特點(diǎn)：3點(diǎn)。（1）因?yàn)闊o吸收，分光效率高； （2）偏振效應(yīng)明顯；（3） 分光特性色散明顯。 29. 如何改善分束鏡分光曲線的平坦程度或者說色中性？ 3點(diǎn)。 （1）可通過2H、2L、甚至2M提高分光曲線的平坦程度（色中性）；（ 2）將膜系中的H 層換成中等折射率的 M膜

18、層；（3）整體調(diào)整H、L膜層材料，改變nH 與m比值或通過改變膜厚來改變 nH與nL比值。 30. 偏振中性分束棱鏡工作原理? 偏振中性分束棱鏡工作前提條件? 哪種金屬分光鏡在較寬的光譜范圍內(nèi)中性較好，且機(jī)械性能與化學(xué)性能都非常好？ 砌畫廉呻呷1締胡1刖暦眇巒智園 前提：C1）僅適用于自然光或圓偏振光的冃 性分束；（2）分出的兩束光可以光強(qiáng)相等, 但其偏振狀態(tài)不同，是兩束偏振方向互相垂 的兩束線偏振光口 鎳鉻合金（80Ni-20Cr ）在較寬的光譜范圍內(nèi)中性較好，且機(jī)械性能與化學(xué)性能都非常好 31. 截止濾光片：要求某一波長范圍的光束高效透射而偏離這一波長的光束驟然變化 為高反 射（或稱抑制）

19、。 長波通濾光片：抑制短波區(qū)、透射長波區(qū)的濾光片； 短波通濾光片：抑制長波區(qū)、透射短波區(qū)的濾光片 32. 截止濾光片分為吸收型、薄膜干涉型和吸收與干涉組合型 。 33. 列舉吸收型截止濾光片，介紹其特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)） 優(yōu)點(diǎn)：材料來源廣泛，如顏色玻璃、晶體、燒結(jié)多孔明膠無機(jī)和有機(jī)液體以及吸收薄膜；使用簡單，對入射角不敏感；造價便 宜或適中。缺點(diǎn)：截止波長不能隨便移動。 吸收型紅外截止濾光片，增強(qiáng)綠光，增加色彩平衡，加強(qiáng)近紅外線阻隔濾光片， 適合于帶有切換盒的彩色+黑白攝像機(jī)，高速公路監(jiān)控4、膜層軟， 易劃傷。 3/Al2OrAg- G/Cr-Au 34. 衡量干涉截止濾光片的重要指標(biāo)？ （1） 透射曲線開始上升（或下降）時的波長以及此曲線上升（或下降）的許可斜率 （2） 高透射帶的光譜寬度、 平均透射率以及在此透射帶內(nèi)許可的最小透射率 （3） 具有低透射率的反射帶 （抑制帶）的光譜寬度以及在此范圍內(nèi)所許可的最大透射率。 35. 干涉截止濾光片壓縮通帶波紋的方法? 壓縮波紋簡單的方法二 、 I）選取適當(dāng)?shù)慕M合膜.使其通帶內(nèi)的等效折射率與基片 相接近。（前提：基片表面反射損失不太大 2）改變基本周期內(nèi)的膜層厚度，使其等效折射率變到更 接近預(yù)期值，要使這種方法有成效.則要求光潔基丿 低的反射率* 在可見光區(qū).玻璃是+分満童的基片材料.但是這種方法不能 改就用于虹外區(qū)例如用于硅