光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)理論

光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)理論單一界面光斜入射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(wèn)題等效成了單一界面的問(wèn)題，而不是用多次干涉的方法。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)

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12/5/2024引言：光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)的２個(gè)基本問(wèn)題正問(wèn)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(wèn)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3.1矢量作圖法條件：

(1)膜層數(shù)比較少；

(2)膜層沒(méi)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(guò)程：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)各層薄膜的位相厚度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；矢量作圖法的約定矢量作圖法舉例矢量作圖法舉例－計(jì)算振幅反射系數(shù)矢量作圖法舉例－計(jì)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(gè)界面的振幅反射系數(shù)均為實(shí)數(shù)矢量作圖法舉例－計(jì)算矢量之間夾角任意一個(gè)光學(xué)薄膜系統(tǒng)都可以用一等效界面來(lái)表示，其反射、透射和位相特性由介質(zhì)的導(dǎo)納和等效界面的組合導(dǎo)納確定；將這一結(jié)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(jì)算各個(gè)界面的振幅反射系數(shù)和各層的位相厚度；當(dāng)膜層的光學(xué)厚度為λ/2時(shí)對(duì)稱膜系(PQP)的討論矢量作圖法，有效界面法，對(duì)稱膜系等效層對(duì)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(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(guò)程：T=1:sin2θ=0,R1=R2S偏振光(TE波)：電場(chǎng)強(qiáng)度E垂直于入射面如果忽略膜層內(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。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(duì)稱膜系的等效層前面將這一結(jié)果推廣到多層膜：矢量作圖法，有效界面法，對(duì)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(jì)算矢量之間夾角對(duì)稱膜系(PQP)的討論矢量作圖法舉例－計(jì)算振幅反射系數(shù)第三章、光學(xué)薄膜器件設(shè)計(jì)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；提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2典型光學(xué)薄膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝520nm)典型光學(xué)薄膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)介紹幾種常用的光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)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(dǎo)納，從而改變了薄膜系統(tǒng)的光學(xué)特性；矢量作圖法，有效界面法，對(duì)稱膜系等效層單層膜特性矩陣的特點(diǎn)單層膜特性矩陣的特點(diǎn)多層膜特性矩陣的特點(diǎn)對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的特征矢量作圖法舉例－計(jì)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(duì)稱膜系等效層設(shè)計(jì)具有一定光學(xué)性質(zhì)的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)；典型光學(xué)薄膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)T=1:sin2θ=0,R1=R2對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的特征S偏振光(TE波)：電場(chǎng)強(qiáng)度E垂直于入射面對(duì)稱膜系(PQP)的討論截止濾光片、帶通濾光片、偏振分束膜、對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的特征對(duì)稱膜系(PQP)的討論矢量作圖法舉例－計(jì)算矢量之間夾角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；提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2對(duì)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(duì)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(shè)計(jì)具有一定光學(xué)性質(zhì)的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)；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(guò)程：矢量作圖法舉例－矢量合成（λ＝520nm)對(duì)稱膜系(PQP)的討論(2)膜層沒(méi)有吸收；(2)矢量法計(jì)算簡(jiǎn)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(duì)稱膜系(PQP)的討論周期性對(duì)稱膜系周期性對(duì)稱膜系周期性對(duì)稱膜系３.4

導(dǎo)納圖解技術(shù)任意一個(gè)光學(xué)薄膜系統(tǒng)