現(xiàn)代光學(xué)薄膜

現(xiàn)代光學(xué)薄膜技術(shù)一一寬帶反射膜的發(fā)展概況綜述曾勇平23120121152897光學(xué)工程為了提高鍺基底的透過率和膜層的機械強度，潘永強、朱昌等人對鍺基底上高性能的紅外寬帶減反射膜的設(shè)計與制備工作進行了研究，介紹了紅外寬帶減反射膜的膜料選擇、膜系設(shè)計以及采用離子束輔助沉積高達99.5%以上，在設(shè)計波段范圍內(nèi)平均透過率大于97.5%，膜層附著性能好，光機性能穩(wěn)定。這對于紅外光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用具有十分重要的意義［1］。郝殿中、吳福全等人針對Wollaston棱鏡中o、c光對應(yīng)的基底折射率相差較大以及制作該晶體的冰洲石和許多薄膜材料間附著力較差的特點，為了提高鍍膜材料和冰洲石基底的附著力以及提高棱鏡的透過比，擴寬有效使用帶寬，借助于計算機輔助設(shè)計方法，設(shè)計了高性能多層減反射膜系。選用合適的光學(xué)薄膜材料，利用電子束蒸鍍，借助于離子源輔助蒸鍍，制作了高性能的寬帶減反射膜。測試結(jié)果表明：o光的平均剩余反射率小于1.0%，e光的平均剩余反射率小于0.5%，有效使用帶寬在近紅外大于200nm；薄膜和基底結(jié)合牢固，達到了設(shè)計要求，提升了棱鏡的品質(zhì)⑵。王小鳳、王丹等人分析了傾斜入射條件下導(dǎo)致光學(xué)薄膜產(chǎn)生偏振的原因，針對不同偏振態(tài)的等效導(dǎo)納與等效相位進行了分析，并計算了對稱膜層在450C入射條件下不同偏振態(tài)的等效折射率與等效相位厚度，采用等效層設(shè)計了光學(xué)性能良好的600?900nm波段消偏振寬帶減反射。最后利用電子束蒸發(fā)技術(shù)制備了薄膜樣品，樣品的光譜性能完全能夠滿足使用要求。其中在600?900nm波段范圍內(nèi)，平均反射率小于1.38%，反射率的偏振度低于0.89%。另外，通過對其理論及實驗光學(xué)性能、角度敏感性等方面的分析結(jié)果可知，對稱膜層組合法是設(shè)計消除傾斜入射下寬帶減反射膜偏振效應(yīng)的一種行之有效的方法⑶。蘇現(xiàn)軍、徐巖根據(jù)電視/紅外雙色制導(dǎo)的要求，研制了鍺酸鹽基底上的雙波段寬帶減反射膜。其膜系設(shè)計采用二氧化鈦和二氧化硅分別作為高、低折射率膜料的13層膜堆，鍍制的膜層滿足環(huán)境穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。在0.56?0.75um波長范圍內(nèi)，雙面鍍膜后的平均透射率大于98%，單面平均剩余反射率不超過0.5%，在3.6um?4.8um波長范圍內(nèi)，雙面鍍膜后的平均透過率至少達到85%，單面平均剩余反射率不超過1.5%囹。參考文獻［1］潘永強朱昌，《鍺基底7?11.5um高性能紅外寬帶減反射膜的研究》［J］,應(yīng)用光學(xué)⑵郝殿中吳福全《Wollaston棱鏡寬帶減反射膜的研制及測試》［J］，光電子?激光［3］ 王小鳳王丹，《利用等效層的消偏振寬帶減反射膜設(shè)計》［J］，光學(xué)學(xué)報［4］ 蘇現(xiàn)軍徐巖，《雙波段寬帶減反膜的研究》［J］，光學(xué)技術(shù)設(shè)計過程報告點擊File—NewCoating，出現(xiàn)下面對話框。EditEnviron>ent點擊File—NewCoating，出現(xiàn)下面對話框。EditEnviron>entCoatingname:untitledReferencewavelength(nm)網(wǎng)CTOllluminant:〔WHITEIncidentangle(deg):|0.0Incidentmedium:|AIFISubstrate:|GLASSThickness(mm):|1.OExitMedium:Detector:[IDEAL點擊OK，然后點擊左上方菜單中的Modify下拉菜單中的StackFormula，然后OKICancel AnalysisParameters...Environment：!1 二I輸入設(shè)計要求，出現(xiàn)下面對話框，點擊GenerateLayers。EnterStackFonulaEntertheformula.Thesubstrateistotheleftofthefirstlayer.MaterialThickness點擊藥Modify菜單中的下拉菜單TargetsDisCrete，點擊Options中的Entertheformula.Thesubstrateistotheleftofthefirstlayer.MaterialThickness點擊藥Modify菜單中的下拉菜單TargetsDisCrete，點擊Options中的GenerateTargetitKindFlefl/TranPolarization'w'avelength.^.ngleTargetValueToleranceEnvironment點擊OK，得到下面對話框。Targets一DiscreteTargettt12345KindIntensityIntensityIntensityIntensityIntensityFlefl/TranTargettt12345KindIntensityIntensityIntensityIntensityIntensityFlefl/TranFleflFleflFleflFleflFleflPolarizationAveAveAv巳AveAveWavelength400.0410.0420.0430.0440.0.^.ngle0.00.00.00.00.0TargetValue0.00.00.00.00.0點擊叮tun1呻的1Seto)ptimizaion】°Parate理得到左下方對話框。Erivirorirrieni：11Jr111Ojitions點擊NeedleParameters，輸入所要求的條件，得到右下方對話框。SetOptimizationPara>etersOptimize: LayersCGroupsMethod:廠Minimizesensitivity(veryslow)CGradientCSimplexVariableMetricSetNeedleOptiBizationPara>etersV機dd"needle"layersusingthefollowingmaterials?|TI02SILI2IVContinueaddinglayersuntiltheoptimaldesignisfound廠Addmanylayerssimultaneously匠Uselocaloptimizationbeforeaddingneedles環(huán)Stopoptimizingzero-thicknesslayersVDisplayindexprofilewhileoptimizing . .IOKNeedleParametersCancelTargets，—AddColorTarget,輸入設(shè)計要求參數(shù)(膜系在垂直點擊右上方對話框中的IOKNeedleParametersCancelTargets，—AddColorTarget,輸入設(shè)計要求參數(shù)(膜系在垂直設(shè)為0.278,TargetColor(y)設(shè)為0.387.(0.278,0.387)是在左下圖中的ColorChart對話框中選取，在Green區(qū)域選取最上方，最左方以及最下方三個臨界點，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，右下方的(0.278,0.387)是最符合要求的點。AddColorTargetsColorStandard:C5nmReflection10.278Tolerance:10.387Tolerance:Tolerance:|>0.0fCIE1931CCIE1976(u'y]WavelengthInterval:r*10nmTargetType:TransmissionPul-arization:Angle:TargetColor(x):AddColorTargetsColorStandard:C5nmReflection10.278Tolerance:10.387Tolerance:Tolerance:|>0.0fCIE1931CCIE1976(u'y]WavelengthInterval:r*10nmTargetType:TransmissionPul-arization:Angle:TargetColor(x):TargetColor(y):TargetLuminance:r*AveraqeCF1CS點擊nRun中的OptimizeDesign，得到J左下方對話框，點擊Continue繼續(xù)優(yōu)化，、一Replacecurrenttargets- _E c_Cancel得到右下方對話框中結(jié)果。CancelOptiMizationProgressAnalyzeStatus:Optimaldesignfound.ContinueDeviation:0.237Iteration: 1ComputeStatisticsFlange:|400to1700nmMaximum:0.6417OptiMizationProgressAnalyzeStatus:Optimaldesignfound.ContinueDeviation:0.237Iteration: 1ComputeStatisticsFlange:|400to1700nmMaximum:0.6417at700.0Average:0.1959Minimum:0.0095at637.0Statisticsfor:ReflectanceI%]F'oldrizdtion: AverageF1-SCalculateCancel|Change[%]:0.000點擊Results中的點擊Results中的ShowPlot,Statistics（右下方對話框所示）分析我們可以看出，在400nm~696nm波段的最大剩余反射率都低于設(shè)計要求的0.5%，而在696nm~700nm波段的最大剩余反射率在0.5%~0.6417%，稍稍高于設(shè)計要求的0.5%，平均反射率為0.1959%，小于設(shè)計要求的0.35%。設(shè)計結(jié)果總結(jié):本設(shè)計所采用薄膜材料為折射率為在300nm、350nm、400nm、設(shè)計結(jié)果總結(jié):450nm、500nm處分別為1.478、1.472、1.467、1.463的SiO2,以及折射率在380nm、425nm、450nm、475nm、500nm出分別為2.55、2.49、2.469、2.444、2.4