薄膜光學(xué)1課件

薄膜光學(xué)薄膜光學(xué)薄膜光學(xué)參考書光學(xué)薄膜技術(shù)，H.A.麥克勞德著，周九林、尹樹百譯，國防工業(yè)出版社1974應(yīng)用光學(xué)薄膜，唐晉發(fā)、鄭權(quán)著，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984玻璃鍍膜，

H.K.普爾克爾著，仲永安等譯，科學(xué)出版社，1988光學(xué)薄膜原理，林永昌、盧維強(qiáng)著，國防工業(yè)出版社1990薄膜科學(xué)與技術(shù)手冊，田民波、劉德令，機(jī)械工業(yè)出版社，1991OPTICALTHINFILMSUSERHANDBOOK,JAMESD.RANCOUNT薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論你所知道的關(guān)于薄膜鍍膜鏡片濾光片、反射鏡牛頓環(huán)類金剛石膜薄膜光學(xué)——前言光學(xué)薄膜的發(fā)展歷史夫瑯和費(fèi)早在1827年制成了可以說是第一批減反射膜，他將經(jīng)過精細(xì)地拋光的平面玻璃一半放在濃硫酸或濃硝酸中腐蝕。將玻璃上的酸液清洗干凈之后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)酸腐蝕的表面所反射的光強(qiáng)遠(yuǎn)低于另一半表面的反射光強(qiáng)，即酸經(jīng)過的那部分玻璃表面失掉了某種成分，形成薄薄一層折射率比玻璃基底折射率低的失澤層，不過玻璃還未遭刻蝕，“因為其適時光仍和另一半表面一樣(實際上更高)，以致在透射光中仔細(xì)檢查也不能找出它們的分界線來，”經(jīng)過硫酸或硝酸的這種處理之后，有些牌號的玻璃表面呈現(xiàn)美麗鮮艷的色彩；使光沿各種不同的角度入射，則色彩婉如肥皂泡一樣變幻無窮。薄膜光學(xué)——前言光學(xué)薄膜的發(fā)展歷史1886年瑞利在英國皇家協(xié)會報告說：“失澤”的冕玻璃平板，其反射比剛拋光更低原因是玻璃形成了薄薄的一層膜。1891年丹尼斯.泰勒（DennisTaylor）在它的文章中寫到，在使用幾年后的普通物鏡的火石玻璃透鏡上“失澤”現(xiàn)象是十分明顯的。我們很高興的是，能夠使這種火石玻璃的擁有者放心，通常用懷疑眼光看待的這層使玻璃“失澤”的薄膜，卻正是觀測者的“摯友”，因為它增加了物鏡的透射率。薄膜光學(xué)——前言事實上，泰勒發(fā)展了一種用化學(xué)侵蝕產(chǎn)生“失澤”而制作化學(xué)減反膜的方法。目前制備光學(xué)應(yīng)用的薄膜的主要方法是真空蒸發(fā)法和濺射法，后者在十九世紀(jì)中葉就發(fā)現(xiàn)了，而前者可追朔到二十世紀(jì)初。但在1930年以前，它們不能作為實用的鍍膜方法，因為沒有獲得高真空的真正適用的抽氣機(jī)，直到1930年出現(xiàn)了油擴(kuò)散泵—機(jī)械泵抽氣系統(tǒng)以后，制造實用的真空鍍膜機(jī)才成為可能。

光學(xué)薄膜的發(fā)展歷史薄膜光學(xué)——前言前言人類生活在周圍充滿著光的世界里，光是一種人們無時無刻不遇到的自然現(xiàn)象。更為重要的是：光是信息的重要載體，研究光的本性及其傳播規(guī)律的學(xué)科就是光學(xué)。

和光打交道，離不開光學(xué)薄膜，薄膜光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)，它是物理光學(xué)的一個重要分支。——專項技術(shù)另一方面，由于光學(xué)薄膜的制備過程與真空技術(shù)、表面物理、材料科學(xué)、等離子體技術(shù)等等密切相關(guān)，所以光學(xué)薄膜又可以稱得上是一門——綜合學(xué)科近年來，薄膜光學(xué)技術(shù)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，特別是計算機(jī)技術(shù)給薄膜理論分析帶來巨大方便。薄膜光學(xué)通過近幾十年的發(fā)展在以下方面都有了長足的進(jìn)步：膜系設(shè)計薄膜材料測量技術(shù)薄膜制備，包括制備方法以及控制手段相關(guān)產(chǎn)業(yè)等等但是，仍存在許多困難“我們這些在薄膜領(lǐng)域工作的人，在鍍膜工藝曾經(jīng)有過較多的一時難以解釋的失敗和教訓(xùn)，這些失敗往往涉及已經(jīng)充分研究過的、在一段時間內(nèi)行之有效的技術(shù)……對于諸如此類的困難，除了抱怨天氣之外，往往以運(yùn)氣不佳為理由，人們甚至能在鍍膜車間看到祈求好運(yùn)的符標(biāo)。”-----麥克勞德薄膜光學(xué)——前言前言

光學(xué)薄膜這門學(xué)科已成為現(xiàn)代光學(xué)不可缺少的一個重要組成部分，沒有光學(xué)薄膜，許多現(xiàn)代光學(xué)裝置便無法發(fā)揮效能，失去作用，無論在提高或降低反射率、吸收率與透射率方面，在使光束分開或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或檢偏方面，以及在使某光譜帶通過或阻滯方面，在調(diào)整位相方面等等，光學(xué)薄膜均起著至關(guān)重要的作用?？傊?，薄膜在許多場合都扮演關(guān)鍵角色。薄膜器件的輕巧靈便、穩(wěn)定給它帶來更廣闊的應(yīng)用：窄帶濾光片——光柵單色儀薄膜光學(xué)——前言薄膜可分成兩大部分，第一部分是光學(xué)薄膜，第二部分是光學(xué)波導(dǎo)及其相應(yīng)器件，前者的特點是光橫穿過薄膜而進(jìn)行傳播；后者的特征是光沿著平行薄膜界面的方向在膜內(nèi)傳播，對于光學(xué)薄膜，在一塊基片上淀積五、六十層膜并非罕見，涂鍍工藝是比較成熟的；而對光學(xué)波導(dǎo)，則膜層層數(shù)一般不多，通常僅用一層膜，其鍍制工藝仍處在發(fā)展初期。本課程講的是第一種情況。什么是光學(xué)薄膜薄膜光學(xué)——前言薄膜光學(xué)課程目的了解光學(xué)薄膜的基礎(chǔ)理論，掌握簡單的設(shè)計了解薄膜制作方法及相關(guān)工藝，了解常用薄膜的性能指標(biāo)及相關(guān)的檢測方法

薄膜光學(xué)——前言薄膜光學(xué)課程目的對于今后有志于從事薄膜領(lǐng)域工作的同學(xué)起到一個拋磚引玉的作用對于從事其他學(xué)科研究、應(yīng)用的同學(xué)起到一個了解光學(xué)薄膜、了解如何用光學(xué)薄膜、如何用好薄膜的作用薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論與鍍膜技術(shù)密切相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鍍膜眼鏡幕墻玻璃濾光片ITO膜車燈、冷光鏡、舞臺燈光濾光片光通信領(lǐng)域：DWDM、光纖薄膜器件紅外膜投影顯示薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論光在通過分層媒質(zhì)時，來自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象，人們正是利用這種干涉現(xiàn)象，通過改變材料及其厚度等特性來人為的控制光的干涉，根據(jù)需要來實現(xiàn)光能的重新分配。前言——光學(xué)薄膜的應(yīng)用薄膜光學(xué)——前言前言——光學(xué)薄膜的應(yīng)用光學(xué)薄膜在光學(xué)系統(tǒng)中的作用：提高光學(xué)效率、減少雜光。如高效減反射膜、高反射膜。實現(xiàn)光束的調(diào)整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根據(jù)不同需要進(jìn)行能量再分配的光學(xué)元件。通過波長的選擇性透過提高系統(tǒng)信噪比。如窄帶及帶通濾光片、長波通、短波通濾光片。實現(xiàn)某些特定功能。如ITO透明導(dǎo)電膜、保護(hù)膜等薄膜光學(xué)——前言光學(xué)薄膜在液晶投影顯示中的應(yīng)用薄膜光學(xué)——前言光學(xué)薄膜在液晶投影顯示中的應(yīng)用高效率的減反射膜與高反射膜冷光鏡及紅外、紫外截止濾光片

偏振光轉(zhuǎn)換用膜分色與合色光學(xué)薄膜

液晶投影顯示系統(tǒng)中，幾乎所有的典型的光學(xué)薄膜都得到了應(yīng)用。-----唐晉發(fā)薄膜光學(xué)——前言光學(xué)薄膜在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用以光通信中DWDMfilter位代表的光學(xué)薄膜應(yīng)用是目前光學(xué)薄膜技術(shù)最高水平的代表。光通信曾經(jīng)給光學(xué)薄膜技術(shù)帶來了前所未有的商機(jī)薄膜光學(xué)——前言DWDMfilter

——雖然，OTDM有許多的優(yōu)點，但由于其關(guān)鍵技術(shù)（高重復(fù)率超短光脈沖源、超短光脈沖傳輸技術(shù)、時鐘提取技術(shù)和時分解復(fù)用技術(shù)）比較復(fù)雜，更為重要的是實現(xiàn)這些技術(shù)的器件特別昂貴，而且制作和實現(xiàn)均很困難，所以這項技術(shù)遲遲沒有得到很大的發(fā)展和應(yīng)用。WDM就是指從光域上用波長復(fù)用方式來改進(jìn)傳輸效率，提高復(fù)用效率。其突出優(yōu)點為“能在一根光纖中同時傳輸不同波長的幾個甚至成百上千個光載波信號，不僅能充分利用光纖的帶寬資源，增加系統(tǒng)的傳輸容量，而且還能提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。薄膜光學(xué)——前言——以往WDM僅指1310/1550nm的簡單復(fù)用，DWDM指1550nm波長區(qū)段內(nèi)的密集復(fù)用，目前由于傳輸距離的要求和光放大器（EDFA）的使用，由于EDFA增益譜寬的原因，使得1310/1550nm的簡單復(fù)用逐步被淘汰。當(dāng)前，所謂的WDM已不再是以往意義上的簡單復(fù)用，除非特別說明，WDM僅指1550nm波長區(qū)段內(nèi)的密集復(fù)用。DWDMfilter薄膜光學(xué)——前言filter薄膜光學(xué)——前言JDSUniphase等公司稱之為Interleaver的示意圖100GHz的頻率間隔通過兩個分別頻率間隔為目標(biāo)間隔兩倍的普通復(fù)用/解復(fù)用器的組合使用，一個專門配合偶數(shù)的頻道數(shù)，一個專門配合奇數(shù)頻道數(shù)。再配合一個可以將信號按奇偶分開的Interleaver，就可以實現(xiàn)50GHz的頻率間隔。薄膜光學(xué)——前言DWDMfilter主要技術(shù)指標(biāo)中心波長：1550nm;帶寬0.4nm(100GHz)溫漂：1pm/0C=0.1nm/1000C插入損耗：0.2dB透過率約為95%隔離度高薄膜光學(xué)——前言DWDMfilter制作部分參數(shù)層數(shù)大于100（Corning3腔108層，100GHz)鍍膜機(jī)口徑1.1m,有用面積小于100mmAPS1104/DWDM;光控：OM3000工件旋轉(zhuǎn)速度3000轉(zhuǎn)/分薄膜光學(xué)——前言DWDMfilter制作關(guān)鍵技術(shù)的解決例如：解決無溫漂、基板測溫、低損耗基底材料、鍍膜材料（k~-4,T~67%或1.87dB;k~-5,T~95%或0.2dB)溫度監(jiān)控：熱像儀、激光測溫工藝手段德國Leybold：APS源、電子槍日本Optorun：電子槍+離子輔助美國Ion-tech：離子束濺射薄膜光學(xué)——前言本學(xué)期課程安排光學(xué)薄膜的基礎(chǔ)理論分析光學(xué)薄膜的幾種有效方法幾種典型膜系介紹成膜機(jī)理及工藝簡介常用的薄膜材料特性薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論光學(xué)薄膜基礎(chǔ)理論幾個條件：工作波段：光學(xué)薄膜厚度與考慮的波長在一個數(shù)量級薄膜的面積與波長相比可認(rèn)為無限大薄膜材料各向均勻、同性薄膜材料為非鐵磁性材料光穿過膜層而非沿著膜層在膜層內(nèi)傳播薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論

Dr.AngusMacleodhasover200publicationsinthefieldofopticsincludingthebookThinFilmOpticalFilters.HeisProfessorEmeritusofOpticalSciencesattheUniversityofArizonaandPresidentofThinFilmCenterInc.Forhisworkineducationandresearchhewasawardedthe1997EstherHoffmanBellermedaloftheOpticalSocietyofAmericaforoutstandingcontributionstotheteachingofopticsandtheGoldMedaloftheSPIEin1987.Hehas