薄膜光學(xué)基礎(chǔ)課件

3.4.4薄膜光學(xué)基礎(chǔ)所謂光學(xué)薄膜，是指在透明平整的基片或金屬光滑表面上，用物理或化學(xué)的方法涂敷的單層或多層透明介質(zhì)薄膜。利用在薄膜上、下表面反射光干涉相長(zhǎng)或相消的原理，使反射光得到增強(qiáng)或減弱，可制成光學(xué)元件增透膜或增反膜,滿足不同光學(xué)系統(tǒng)對(duì)反射率和透射率的不同要求。1單層光學(xué)薄膜的反射n3n2n1d設(shè)光波從第i層媒質(zhì)射向第j層媒質(zhì)時(shí)的反射系數(shù)和透射系數(shù)為：n3n2n1d當(dāng)振幅為E0的單色平面波正入射時(shí)，各反射光的復(fù)振幅為：其中：是光波在薄膜內(nèi)來回一次引入的相位延遲（不考慮半波損失）。疊加之后總的復(fù)振幅：總的反射系數(shù)：令n1＝1，n3＝1.5作圖。0.04或的情形(1)此時(shí)沒有半波損失，反射率總小于4％，這種薄膜有增透或減反作用。當(dāng)或時(shí)，反射率最高，相當(dāng)于沒有鍍膜。當(dāng)時(shí)，此時(shí)反射率最小，透過率最大：當(dāng)滿足下面條件時(shí)，R＝0，消反射：?jiǎn)螌釉鐾改さ娜秉c(diǎn)：1.增透帶寬窄。2.材料限制。此時(shí)膜層厚度：對(duì)于單層增反膜，鍍膜材料折射率越大越好。2雙層膜設(shè)計(jì)光學(xué)薄膜計(jì)算量很大，現(xiàn)在都是借助計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)。在實(shí)踐設(shè)計(jì)中多采用光程先決法。即先把膜層的光學(xué)厚度定為λ。/4，然后再確定材料。g123介紹一種等效界面法。先考慮由基底g和膜層3組成的單層膜系統(tǒng)。由式(3-225)可得，此單層膜系統(tǒng)的反射系數(shù)：由于是λ。/4膜系，所以：g123再考慮由膜層2和反射系數(shù)為的等效膜層(3,g)組成的“單層膜”系統(tǒng)。這樣，此“單層膜”系統(tǒng)的反射系數(shù)：最后得到雙層膜系統(tǒng)的反射系數(shù)：等效折射率單層增反膜的反射率：12312分界面的反射率：等效折射率：3多層增反膜常用的多層高反膜是由光學(xué)厚度nd都是λ0/4的高折射率膜層和低折射率膜層交替鍍制的膜系，可表示為：GHLHL…HLHA＝G(HL)pHAp=1,2,3…其中，G和A分別代表玻璃基片和空氣；H和L分別代表高折射率膜層和低折射率膜層；p表示一共有p組高低折射率交替層，總膜層數(shù)為(2p+1)。半波長(zhǎng)的光學(xué)厚度應(yīng)寫成HH或LL。λ0/4膜系的多層高反射膜示意圖GHLHL…HLHA＝G(HL)pHA由圖，若在基片G上鍍一層λ0/4的高折射率光學(xué)膜，其反射率為式中是鍍第一層膜后的等效折射率。若在高折射率膜層上再鍍一層低折射率膜層，其反射率為式中是鍍雙層膜后的等效折射率。依此類推，當(dāng)膜層為偶數(shù)(2p)層時(shí)，(HL)p膜系的等效折射率為相應(yīng)的反射率為當(dāng)膜層為奇數(shù)(2p+1)層時(shí)，(HL)pH膜系的等效折射率為：相應(yīng)的反射率為：

由上述計(jì)算結(jié)果可見：

①要獲得高反射率，膜系的兩側(cè)最外層均應(yīng)為高折射率層(H層)，因此，高反射率膜一定是奇數(shù)層。

②λ0/4膜系為奇數(shù)層時(shí)，層數(shù)愈多，反射率R愈大。③上述膜系的全部結(jié)果只對(duì)一種波長(zhǎng)λ0成立，這個(gè)波長(zhǎng)稱為該膜系的中心波長(zhǎng)。當(dāng)入射光偏離中心波長(zhǎng)時(shí)，其反射率要相應(yīng)地下降。因此，每一種λ0/4膜系只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的光才有高反射率，如下圖所示。圖中給出了幾種不同層數(shù)的ZnS-MgF2λ0/4(λ0=0.46μm)膜系的反射特性曲線。可以看出，隨著膜系層