光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)理論

光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)理論第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日單一界面光斜入射N０N1S偏振光(TE波)：電場(chǎng)強(qiáng)度E垂直于入射面P偏振光(TM波)：電場(chǎng)強(qiáng)度E垂直于入射面第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.1.３單一界面反射率與透射率第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日

單層膜的特征矩陣由公式：第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日

單層膜的反射單層膜的反射率為：這樣就把單層膜的問題等效成了單一界面的問題，而不是用多次干涉的方法。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日λ/2和λ/4的光學(xué)厚度當(dāng)膜層的光學(xué)厚度為λ/2時(shí)當(dāng)膜層的光學(xué)厚度為λ/4時(shí)第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

多層膜的反射將這一結(jié)果推廣到多層膜：薄膜的特征矩陣的行列式等于1第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三章、光學(xué)薄膜器件設(shè)計(jì)

光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)理論

矢量作圖法，有效界面法，對(duì)稱膜系等效層典型光學(xué)薄膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

減反射膜、高反射膜、中性分束膜截止濾光片、帶通濾光片、偏振分束膜、消偏振膜第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日3/13/2023引言：光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)的２個(gè)基本問題正問題：

已知多層介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算其光學(xué)性質(zhì)，利用特征矩陣方法可進(jìn)行精密計(jì)算；即使上百層薄膜在寬光譜范圍內(nèi)反射和透射特性都可以瞬間完成；反問題設(shè)計(jì)具有一定光學(xué)性質(zhì)的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)；基本膜系的選擇＋優(yōu)化設(shè)計(jì)＋考慮工藝；本章重點(diǎn)介紹幾種常用的光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)理論第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.1矢量作圖法條件：

(1)膜層數(shù)比較少；

(2)膜層沒有吸收；

(3)只考慮入射波在每個(gè)界面上的單次反射，忽略界面上的多次反射優(yōu)點(diǎn)：(1)雖然是近似計(jì)算，但是對(duì)大多數(shù)減反射膜誤差足夠??；(2)矢量法計(jì)算簡(jiǎn)便、直觀第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日基本原理和模型如果忽略膜層內(nèi)的多次反射，則合成的振幅反射系數(shù)由每一層界面的反射系數(shù)的矢量和確定。每個(gè)界面的反射系數(shù)都連帶著一個(gè)特點(diǎn)的相位滯后，它對(duì)應(yīng)于光波從入射表面透射到該表面又回到入射表面的過程：第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日界面振幅反射系數(shù)如果忽略膜層的吸收，則各個(gè)界面的振幅反射系數(shù)均為實(shí)數(shù)第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日各層薄膜的位相厚度第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法的基本步驟首先計(jì)算各個(gè)界面的振幅反射系數(shù)和各層的位相厚度；把各個(gè)矢量按比例畫在同一張極坐標(biāo)圖上；按三角形法則求合成矢量；求得的合矢量的模即為膜系的振幅反射系數(shù)，輻角就是反射光位相變化，而能量反射率就是振幅反射系數(shù)的平方；第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法的約定第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法舉例第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法舉例－計(jì)算振幅反射系數(shù)第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法舉例－計(jì)算矢量之間夾角第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝400nm)第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝520nm)第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日矢量作圖法－光傾斜入射第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.2有效界面法(菲涅耳系數(shù)法）第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－物理模型第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－分析方法第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－分析方法第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－基本思想第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－基本思想第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－分析方法第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－分析方法第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－分析方法第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日有效界面法－帶通濾光片T=1:sin2θ=0,R1=R2T極小值：則sin2θ=１提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.3對(duì)稱膜系的等效層前面第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日單層膜特性矩陣的特點(diǎn)第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日單層膜特性矩陣的特點(diǎn)第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日多層膜特性矩陣的特點(diǎn)第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的特征第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的特征第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的特征第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的特征第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的特征第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的討論第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日對(duì)稱膜系(PQP)的討論第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日周期性對(duì)稱膜系第四十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日周期性對(duì)稱膜系第四十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日周期性對(duì)稱膜系第四十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日３.4

導(dǎo)納圖解技術(shù)任意一個(gè)光學(xué)薄膜系統(tǒng)都可以用一等效界面來表示，其反射、透射和位相特性由介質(zhì)的導(dǎo)納和等效界