光學薄膜的設計理論

光學薄膜的設計理論單一界面光斜入射N０N1S偏振光(TE波)：電場強度E垂直于入射面P偏振光(TM波)：電場強度E垂直于入射面2.1.３單一界面反射率與透射率

單層膜的特征矩陣由公式：

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。λ/2和λ/4的光學厚度當膜層的光學厚度為λ/2時當膜層的光學厚度為λ/4時

多層膜的反射將這一結果推廣到多層膜：薄膜的特征矩陣的行列式等于1第三章、光學薄膜器件設計

光學薄膜設計理論

矢量作圖法，有效界面法，對稱膜系等效層典型光學薄膜系統(tǒng)的設計

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12/5/2024引言：光學薄膜設計的２個基本問題正問題：

已知多層介質膜的結構參數(shù)計算其光學性質，利用特征矩陣方法可進行精密計算；即使上百層薄膜在寬光譜范圍內反射和透射特性都可以瞬間完成；反問題設計具有一定光學性質的多層介質膜結構；基本膜系的選擇＋優(yōu)化設計＋考慮工藝；本章重點介紹幾種常用的光學薄膜設計理論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界面上的單次反射，忽略界面上的多次反射優(yōu)點：(1)雖然是近似計算，但是對大多數(shù)減反射膜誤差足夠??；(2)矢量法計算簡便、直觀基本原理和模型如果忽略膜層內的多次反射，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。每個界面的反射系數(shù)都連帶著一個特點的相位滯后，它對應于光波從入射表面透射到該表面又回到入射表面的過程：界面振幅反射系數(shù)如果忽略膜層的吸收，則各個界面的振幅反射系數(shù)均為實數(shù)各層薄膜的位相厚度矢量作圖法的基本步驟首先計算各個界面的振幅反射系數(shù)和各層的位相厚度；把各個矢量按比例畫在同一張極坐標圖上；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；矢量作圖法的約定矢量作圖法舉例矢量作圖法舉例－計算振幅反射系數(shù)矢量作圖法舉例－計算矢量之間夾角矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝400nm)矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝520nm)矢量作圖法－光傾斜入射3.2有效界面法(菲涅耳系數(shù)法）有效界面法－物理模型有效界面法－分析方法有效界面法－分析方法有效界面法－基本思想如果忽略膜層的吸收，則各個界面的振幅反射系數(shù)均為實數(shù)矢量作圖法舉例－計算矢量之間夾角任意一個光學薄膜系統(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的導納和等效界面的組合導納確定；將這一結果推廣到多層膜：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；首先計算各個界面的振幅反射系數(shù)和各層的位相厚度；當膜層的光學厚度為λ/2時對稱膜系(PQP)的討論矢量作圖法，有效界面法，對稱膜系等效層對稱膜系(PQP)的特征提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2每個界面的反射系數(shù)都連帶著一個特點的相位滯后，它對應于光波從入射表面透射到該表面又回到入射表面的過程：T=1:sin2θ=0,R1=R2S偏振光(TE波)：電場強度E垂直于入射面如果忽略膜層內的多次反射，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。有效界面法－基本思想有效界面法－分析方法有效界面法－分析方法有效界面法－分析方法有效界面法－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R23.3對稱膜系的等效層前面將這一結果推廣到多層膜：矢量作圖法，有效界面法，對稱膜系等效層截止濾光片、帶通濾光片、偏振分束膜、矢量作圖法舉例－計算矢量之間夾角對稱膜系(PQP)的討論矢量作圖法舉例－計算振幅反射系數(shù)第三章、光學薄膜器件設計即使上百層薄膜在寬光譜范圍內反射和透射特性都可以瞬間完成；提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2典型光學薄膜系統(tǒng)的設計矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝520nm)典型光學薄膜系統(tǒng)的設計本章重點介紹幾種常用的光學薄膜設計理論基本上任一層薄膜的作用都可看作是改變等效界面的導納，從而改變了薄膜系統(tǒng)的光學特性；矢量作圖法，有效界面法，對稱膜系等效層單層膜特性矩陣的特點單層膜特性矩陣的特點多層膜特性矩陣的特點對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的特征矢量作圖法舉例－計算振幅反射系數(shù)矢量作圖法－光傾斜入射(1)膜層數(shù)比較少；薄膜的特征矩陣的行列式等于1矢量作圖法，有效界面法，對稱膜系等效層設計具有一定光學性質的多層介質膜結構；典型光學薄膜系統(tǒng)的設計T=1:sin2θ=0,R1=R2對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的特征S偏振光(TE波)：電場強度E垂直于入射面對稱膜系(PQP)的討論截止濾光片、帶通濾光片、偏振分束膜、對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的特征對稱膜系(PQP)的討論矢量作圖法舉例－計算矢量之間夾角即使上百層薄膜在寬光譜范圍內反射和透射特性都可以瞬間完成；提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2對稱膜系(PQP)的特征T=1:sin2θ=0,R1=R2截止濾光片、帶通濾光片、偏振分束膜、對稱膜系(PQP)的特征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；設計具有一定光學性質的多層介質膜結構；每個界面的反射系數(shù)都連帶著一個特點的相位滯后，它對應于光波從入射表面透射到該表面又回到入射表面的過程：矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝520nm)對稱膜系(PQP)的討論(2)膜層沒有吸收；(2)矢量法計算簡便、直觀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；對稱膜系(PQP)的討論周期性對稱膜系周期性對稱膜系周期性對稱膜系３.4

導納圖解技術任意一個光學薄膜系統(tǒng)