薄膜光学知识点

方法：【薄膜光学3PPT中P37】无论膜层是否有吸收，膜系的透射率与光的传播方向无关。厚基片反射率和透射率的计算【薄膜光学3PPT中P52-54]在厚基片下，考虑到背面的反射:入射丸1+心心+（町心）・+T：R；T・R・+R；(TT一R-R_\\一R■R【一\_R_R：□rb如耒没有吸收R匕+心一2W1一心心同理：对于透射率■丁=+T：T；R；R；1iR；R；+（吃尺汀+…对于红外高折射率材料Si、Ge等尤其要考虑基片屮多次反射的非相于叠加Rq+R&-2Rq*R&\一*心=0X)80960.04219+0.04219—2*0.04219*0.042191-.04219*.04219Rp—reflectanceofaplateRa=reflectanceofsideaRk=reflectanceofsideb有些镀膜元件表而反射的光色彩与入射光颜色不同，主要原因在于在不同的波段元件衣而对于光的反射不同。单层入°/4减反膜的优缺点？优点：缺点：（1）剩余反射高（2）带宽小双层Xo/4-Xo/4减反膜的优缺点？优点：在中心波长处增透效果好缺点：入。/4-・/4结构的V形减反膜只能在较窄的光谱范困内有效地减反射，即带宽较小。因此仅适宜于工作波段窄的系统中使用。Xo/4-Xo/2型双层增透膜的优缺点?Ao/4-Xo/2型双层增透膜在中心波长入。两侧可望有两个反射率极小值，反射率曲线呈W型，所以也罢这种双层增透膜称为W型膜。在一左程度上展宽了带宽但是总体的减反效果不理想，在中心波长处得反射率和单层膜相同。Xq/4-Xq/2-Xq/4型增透膜的优点？不仅提离J'增透效果，而且展宽了帯宽.X（/4-X（/2-Xo/4型增透膜:G/M2HUA的设计。当其中有一膜层材料实际不存在时，应可用奇数层高低交替的材料来替代xL/yH/xL或xH/yL/xH,该替代多层光学厚度之和必须等于原来膜层的光学厚度。【薄膜光学5PPT中P25-42].举例：Glass/M/2H/L/A•在550nm处，♦Glass:n=L5185♦M:AIq3n=1.71♦H:IT011=2.05♦L:MgF2n=1.3826•Requires3ormorelayers-中间层必须是Hhal&wave(n=2.05)-中间层计算时可作为2quarter-waves-假设M层；Alq3n=1.71y_〃一」/厂-假设玻璃基底HT5185=>)i=门.5185=1.3877,r)i2•S.OS2•1.5185}=1=2.052>1.712多层减反膜设计方法两类方法；e以G/M2HL/A作为初始膜系，将目标设计超标输入设计软件，同时将厚和折射率祜为删自变•由计算机进行霍f;（頑点「韻应兔现有膜料无法满足预定要求）1|•以G/M2HL/A作为初始膜系，将目标设计指标输入设计软件，将折射率固定，膜厚可调,允连计算机在三层结构无法满足要求时壇加膜层数。（缺点；层数多、厚度薄）红外宽带减反膜的具体设计方法。■多采用遥遽法设计：（1）腫层的厚度均为入虫$（2）各膜层折射率均按服如下规律排列：兀讥叫一戶…讥（3）可证明，只要恰当的匹配膜层的折射翰雀层膜就可以在k个波长位置实现寒反射，严膜层折射率应满足；ti/nF/niT,，电％』』!/%（4）k个零反射点的波长分别为；：+1:上-\；上-丨2FA，*2(^-II厶”2(A--2)19•单层膜的反射率计算：/?=（心一加仇）2心o+q2/q）2【一般不会超过50%】髙反射率膜堆G/H（L/H）s/A应具有的特点？（1）髙低折射率层交替，介质膜系两边的最外层为髙折射率层。（2）介质层每层的厚度均为Xo/4如何提髙鬲反対率膜堆的反射率？1证明二对于中心波长入Q»反射率为二®可见，n/匹越大，或层数（2S+1）越多，反射率越高。层数越多，反射率可无陨地接近*00%。但实际上，由于朕层中吸收和敵射扳失，JU系达到一定层数后，反射率不再提高，甚至会下降。nH/nl越大,或层数（2S+1）越多反射率越高。典型的W髙反射介质膜堆特点:四点。（1）存在一个高反射带；（2）膜层数越多，反射率稳步提髙；（3）髙反射带的（波数）宽度2Zkg是有限的，随着层数的增加，宽度2Ag并不改变：（4）在高反射带的两边，反射率陡然降为晓得振荡着的数值，随着层数的增加，奖增大反射带内的反射率以及带外的振荡数目。展宽高反射带宽的方法？两点。長宽毘反射带笊方法有两个：（I）膜票各展的厚夏形成规刘進宙或递碱=膜摆厚度可以按算术级数递潟“也可以按久宅级数递宙=对于一个q层旳膜堆，算术级蠶通坤T;T（l-k）3t{l-r2k）r.,t[Kq-2）k],tlKq-i）k],几何级数递埠tskt,汽…,k%⑵将两个.捱至多金中心波长不凰的"4多层膜堆联仑叠肿少:例工G/0.8l//（£ff）,]l2l/f（Z./f）7j/A0.8HH2H=2H,对于凡粗魚蛍波有结高出现很窄的酬带，如课杠27图2.2.3所示改善方法创和1羽（商之、砌円层，区分介质高反射膜与金属高反射膜，各自的优缺点介质髙反射膜：优点：吸收几乎为零；反射率接近100%。缺点：价格昂贵、结构复杂金属髙反射膜：优点：廉价、结构简单。具有一下特点：1、高反射波段宽，几乎可以覆盖全部光频范用；2、不同金属膜层与基底附着能力差别较大，如Al、Cr、Ni与玻璃附着牢固,Au、Ag与玻璃附着能力很差；3、化学稳左性差，易彼环境气体腐蚀：4、膜层软，易划伤。在金属高反射膜中引入介质膜为何能够改善金属高反射膜的机械性能？（1）改善金属与基底的附着力，如（2）髙硬度透明膜对金属层起到保护作用（3）提高金属层得反射率。分光膜可以分为分朿膜和分色膜：分色膜是按颜色（波长）不同进行分光：分束膜是把一束光按比例分成光谱成分相同的两朿光,在一定的波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率、反射率比例，因而反射光和透射光不具有颜色，并呈中性。中性分朿镜可分成介质中性分光镜、偏振中性分朿棱镜和金属中性分光镜。介质中性分光镜结构：周期性多层介质膜系（LHP。（较髙反膜相比：层数少，反射率滴（-50%））2&介质中性分光镜特点：3点。（1）因为无吸收，分光效率高；（2）偏振效应明显：（3）分光特性色散明显。如何改善分朿镜分光曲线的平坦程度或者说色中性？3点。（1）可通过2H、2L、甚至2M提髙分光曲线的平坦程度（色中性）；（2）将膜系中的H层换成中等折射率的M膜层；（3）整体调整H、L膜层材料，改变g与nL比值或通过改变膜厚来改变mi与nL比值。偏振中性分束棱镜工作原理？偏振中性分束棱镜工作前提条件？哪种金属分光镜在较宽的光谱范囤内中性较好，且机械性能与化学性能都非常好？原理：利用斜入射时的偏振效应实现中性分束。即，选用膜层材料的折射率匹配满足布儒斯特角条件（tan$=如/%）使反射光的P分量为零，仅有S分量，同时透射光尽量全部为P分量。•前提：（1）仅适用于自然光或圆偏振光的中性分束；（2）分出的两束光可以光强相等，q但其偏振状态不同，是两束偏振方向互相垂直—的两束线偏振光。帑合金（80Ni-20Cr）在较宽的光谱范国内中性较好，」I机械性能与化学性能都非常好31•截止滤光片:要求某一沢「讣;I的光束高效透射而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射（或称抑制）。长波通滤光片：抑制短波区、透射长波区的滤光片：短波通滤光片：抑制长波区、透射短波区的滤光片截止滤光片分为吸收型、薄膜干涉型和吸收打「•涉组合型。列举吸收型截止滤光片，介绍其特点（优缺点）优点：材料来滋广泛.如顔色玻璃、品体、烧结多孔明胶无机和有机液体以及吸收薄膜：使用简单.对入射角不敏浜遗价便宜或适中.缺点：裁止波长不能随便移动。吸收型红外栽上滤光片.增强録此墩加色彩平衡，加逊近红外线阻隔逑光片.适合于带有切换盒的彩色十黑白摄像札高速公路监控，车牌识别摄像机和野外测控•抗干扰强，拍摄淸晰.衡量干涉截止滤光片的重要指标？（1）透射曲线开始上升（或下降）时的波长以及此曲线上升（或下降）的许可斜率（2）髙透射带的光谱宽度、平均透射率以及在此透射带内许可的最小透射率（3）具有低透射率的反射带（抑制带）的光谱宽度以及在此范囤内所许可的最大透射率。F涉截I匕滤光片压缩通带波纹的方法？压缩波纹简单的方法:1）选取适当的组合膜，使其通带内的等效折射率与基片相接近。（前提：基片表面反射损失不太大）2）改变基本周期内的膜层厚度，使其等效折射率变到更接近预期值，要使这种方法有成效，则要求光洁基片保持'低的反射率。WII在可见光区，玻璃是十分満蠢的基片材料丿但是这种方法不能不加修改就用于红外区，例如用于硅板和错扳.3）更常用的方法是在多层膜的两侧（靠近基底侧和靠曲入■韶価磕月朋;msra昭■陲謁冒宵療刃韦盈」L/2HL/2适合短波通，H/2LH/2适合长波通列举截止滤光片的应用：1、彩色分光膜；2、反热镜和冷光镜;3、红外截止滤光片（CCD系统）。3&反热镜：短波通滤光片，即抑制红外光，透射可见光冷光镜：长波通滤光片，即透射近红外光，反射可见光39.列举常用的物理气相沉积（PVD〉技术。热蒸发；溅射：离子镀：离子辅助镀技术40•真空镀膜系统由哪几部分构成？物理气相沉积的过程中为何需要髙真空系统？真空系统：热蒸发系统：膜厚控制系统。大气PVD存在的问题:常温常压下，分子密度：1.28*10_9g/cm3,即气体分子个数2.08*10=个/g，气体分子间距离3.34*10%™,气体分子的空间密度2.68*10'°个/mm'。导致:空气中活性气体分子与膜层、膜料、蒸发器反应，空气分支进入膜层成为杂质；常压下，气体分子密度太高。蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。所以PVD过程需要使用高真空系统。41.什么样的真空条件下可以镀膜？列举2—3种可以将真空腔抽到高真空的设备气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离的条件下可以镀膜。罗茨泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温冷凝泵当p分量反射为零，这一入射角称为布信斯特角':又根抵折射定律.Vosin=iV.sin<9,cos仇cos得到tan9.丄;0。-布需斯特角A*