薄膜光學(xué)8課件

薄膜光學(xué)——典型膜系光學(xué)薄膜的類型與符號(hào)1.減反膜2.濾光膜3保護(hù)膜4內(nèi)反射5外反射6高反膜7分束膜8分色膜9偏振膜10導(dǎo)電膜復(fù)習(xí)：薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所一種壓縮波紋的簡(jiǎn)單的方法是選擇合適的基本周期，通過(guò)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，則要求光潔基片保持低的反射率即基片應(yīng)有低的折射率，在可見(jiàn)光區(qū)，玻璃是十分滿意的基片材料，但是這種方法不能不加修改就用于紅外區(qū)，例如用于硅板和鍺板，更常用的方法是在多層膜的每一側(cè)加鍍匹配層，使它同基片以及入射介質(zhì)匹配。薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所帶通濾光片

金屬濾光片全介質(zhì)濾光片雙半波、三半波全介質(zhì)濾光片金屬誘導(dǎo)透射濾光片薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所最簡(jiǎn)單的薄膜窄帶濾光片是根據(jù)法布里—珀珞多光束干涉儀制成的，干涉膜系按最初的形式法布里-珀珞干涉儀是由兩塊相同的、間距為d的平行反射板組成(如圖)，對(duì)于平行光線，除了一系列按相等波數(shù)間隔分開(kāi)的很窄的透射帶而外，其余所有波長(zhǎng)的透射率都很低。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具可以代換成一個(gè)完全的薄膜組合——兩個(gè)金屬反射層夾一個(gè)介質(zhì)層，介質(zhì)層取代間距d的位置，稱為間隔層。法布里—珀珞標(biāo)準(zhǔn)具薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所有效界面法膜系1、2之間的膜層為選定層，厚度為d，則：考慮多光束干涉，透射系數(shù)：薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所得到：其中：薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所濾光片的主要參數(shù)λ0——中心波長(zhǎng)，或峰值波長(zhǎng)Tmax——中心波長(zhǎng)透射率，或，峰值透射率2⊿λ——透過(guò)率為峰值透過(guò)率一半的波長(zhǎng)寬度，也稱通帶半寬度，有時(shí)也用2⊿λ/λ0表示相對(duì)半寬度其它參數(shù)……薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所由公式：金屬濾光片形式：兩層金屬反射膜間夾一個(gè)介質(zhì)層當(dāng)：透過(guò)率有最大值薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所有時(shí)除半寬度外，還引入其他的帶寬參量，如0.9倍峰值透射率處測(cè)得的帶寬，0.1倍峰值透射率的帶寬以及0.0l倍峰值透射率的帶寬等。對(duì)于法布里—珀瑯濾光片，如果在通帶內(nèi)來(lái)自反射膜的相位變化實(shí)際是常數(shù)的話那么上述帶寬量度分別是：1/3x2⊿λ，3x2⊿λ以及10x2⊿λ，這些量常用來(lái)說(shuō)明任一給定類型的濾光片的通帶形狀以及接近于矩形的程度。薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所峰值透過(guò)率當(dāng)反射膜沒(méi)有吸收、散射損失而且反射膜完全對(duì)稱時(shí)，即T1=T2=1-R1=1-R2，R1=R2時(shí)Tmax=1；當(dāng)兩個(gè)反射膜完全對(duì)稱，且有散射、吸收存在時(shí)：薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在實(shí)際上存在吸收、散射的情況下，反射膜的透射率愈低，吸收、散射愈大，則峰值透射率愈低,例如T12＝0.012,A=0.005,Tmax＝50%左右。這時(shí)如果人u增加至0.01則Tmax降至30%左右。這足以說(shuō)明法布里—珀珞濾光片對(duì)膜層的吸收、散射損失是極其敏感的。薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所次峰的消除短波的次峰一般用吸收玻璃來(lái)消除如果使用高級(jí)次，則需消除長(zhǎng)波次峰但是，長(zhǎng)波吸收玻璃種類很少金屬濾光片一般膠合使用薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所全介質(zhì)F—B干涉濾光片用全介質(zhì)反射膜來(lái)替代金屬反射膜得到全介質(zhì)干涉濾光片薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所假設(shè)兩個(gè)反射板是對(duì)稱的則：薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所如果考慮反射相移不是常數(shù)則需要加上一個(gè)修正系數(shù)薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所多腔（半波）濾光片簡(jiǎn)單的全介質(zhì)法布里—珀珞濾光片的透射率曲線并不是理想的形狀，可以證明，在任何級(jí)次的濾光片中，透射能量的一半是在半寬之外的(假定入射光束的能量隨波長(zhǎng)均勻分布)，因此透射率曲線愈接近矩形愈好，在電學(xué)中，當(dāng)多個(gè)調(diào)諧電路相耦合時(shí)，合成的頻率曲線比單個(gè)調(diào)諧電路的頻率曲線更接近矩形，對(duì)于法布里-珀珞濾光片也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果。薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在雙半波濾光片一節(jié)中可以看到，濾光片的結(jié)構(gòu)為“介質(zhì)反射膜l間隔層1質(zhì)反射膜I間隔層l介質(zhì)反射膜”。但是濾光片也可以是混合結(jié)構(gòu)，例如用一層金屬膜如銀膜代替兩間隔層之間的反射膜則組成了介質(zhì)反射膜/間隔層/金屬膜/間隔層/介質(zhì)反射腹這種組合濾光片。它和上述全介質(zhì)雙半波濾光片一樣易于制做，只要設(shè)計(jì)正確，這種濾光片正是誘導(dǎo)透射濾光片。薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所勢(shì)透射率的概念在膜系中包含金屬層，且出射導(dǎo)納Y=x+iz對(duì)于包含吸收層的多層膜誘導(dǎo)透射原理薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所根據(jù)上面的定義，勢(shì)透射率也是界面a和界面b的能流密度即坡印廷(Poynting)矢量模之比由薄膜矩陣，最后可得：c0c1c2c3分別為膜層參數(shù)確定，xz是出射導(dǎo)納的參數(shù)薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所可見(jiàn)勢(shì)透射率不僅與膜層參數(shù)有關(guān)還與出射介質(zhì)有關(guān)，分別對(duì)，x,z求偏導(dǎo)得到極值：最大時(shí)透射率與出射介質(zhì)無(wú)關(guān)薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所總結(jié)：含金屬膜層的膜系勢(shì)透射率與膜層參數(shù)、出射導(dǎo)納有關(guān)最大勢(shì)透射率與出射導(dǎo)納無(wú)關(guān)，僅與膜層參數(shù)有關(guān)要得到最大透射，要設(shè)計(jì)減反射層薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所膜系為：HLHLH1.75L/65nmAg/1.75LHLHLH薄膜光學(xué)——典型膜系中國(guó)科學(xué)院