薄膜光學(xué)7課件

薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所復(fù)習(xí):反射膜——金屬反射膜增強金屬反射膜全介質(zhì)反射膜薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系金屬反射鏡中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所Ag膜、Al膜及Al+LHLH膜光譜比較增強金屬膜薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所全介質(zhì)高反膜

由1/4波長厚度的高低折射率材料交替構(gòu)成的HLH…..LH型膜系，其導(dǎo)納可以由其特征矩陣較為容易的得到：而反射率：層數(shù)s趨近無窮大，R趨近1。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所5\7\9\17層反射膜光譜

由上圖可以看出最高反射率隨層數(shù)增加，而反射帶寬并不增加薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所反射帶寬：薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所用相對波數(shù)表示帶寬：用波長表示帶寬：薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所波長帶寬同樣道理，在1/3、1/5、1/7、1/9處的反射帶邊界為：薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所全介質(zhì)反射膜反射帶展寬兩個以上的標(biāo)準(zhǔn)反射膜系的疊加變厚度薄膜：算術(shù)遞減幾何遞減：稍好薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所如何減小反射帶寬薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所紅：G/(LF)50L/Air

綠：G/(7H7F)57F/Air

nH=2.3nL=1.46nF=1.38λ0=550nm薄膜光學(xué)7負(fù)濾光片薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所反射膜系中的電場分布

當(dāng)兩列振幅相同的相干波沿相反方向傳播時，疊加后便產(chǎn)生駐波。全介質(zhì)高反膜系中沿正、反兩個方向行進(jìn)的平面電磁波滿足相干條件，當(dāng)反射率接近1時，滿足駐波形成的條件；精確的計算可以用矩陣的方法進(jìn)行；

在高能激光反射膜中經(jīng)常關(guān)心電場的分布情況薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所G/(HL)8HAir反射膜系的電場分布情況薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所激光反射鏡電場設(shè)計兩個原則薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所濾光片

干涉截止濾光片窄帶、帶通濾光片金屬濾光片

負(fù)濾光片薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

干涉截止濾光片

有些場合，人們利用反射膜截止某一段光譜，同時還要求另一段光譜透射。Long-passorShort-passFiltersIRcutofffiltersHotmirrorsColdmirrorsEdgefiltersDichroicFilters我們一般稱為前、后截止濾光片和分色膜它們有著近似的膜系結(jié)構(gòu)，使用方式有所不同。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

要求某一波長范圍的光束高效透射而偏離這一波長的光束驟然變化為高反射(或稱抑制)的干涉截止濾光片有著廣泛的應(yīng)用（例如：電影放映機中的冷光鏡），通常我們把抑制短波區(qū)、透射長波區(qū)的濾光片稱為長波通濾光片。相反抑制長波區(qū)、透射短波區(qū)的截止濾光片就稱為短波通濾光片。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所1．透射曲線開始上升(或下降)時的波長以及此曲線上升(或下降)的許可斜率2．高透射帶的光譜寬度、平均透射率以及在此透射帶內(nèi)許可的最小透射率3．具有低透射率的反射帶(抑制帶)的光譜寬度以及在此范圍內(nèi)所許可的最大透射率。干涉截止濾光片的幾個重要指標(biāo)薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

干涉截止濾光片的基本結(jié)構(gòu)與前面講的反射膜是一樣的，都是HL…四分之一波長的形式薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所通帶波紋的壓縮

可以看出標(biāo)準(zhǔn)的四分之一波長的反射膜在反射帶以外，透射率是震蕩的，或者說通帶內(nèi)由較大的波紋幅度，我們下面利用等效折射率的方法來分析，找到波紋壓縮的方法。

HL…LH型的膜系在最外端稍加變化則可以用（L/2HL/2)n或(H/2LH/2)n來替代。這樣我們就可以用周期膜系的等效折射率的方法進(jìn)行分析了。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

對于以中間一層為中心，兩邊對稱安置的多層膜，卻具有單層膜特征矩陣的所有特點，在數(shù)學(xué)上存在著一個等效層，這為等效折射率理論奠定了基礎(chǔ)。下面我們就以最簡單的對稱膜系(pqp)為例說明對稱膜系在數(shù)學(xué)上存在一個等效折射率的概念。這個稱膜系的特征矩陣為：

對稱膜系的等效折射率薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

由于對稱膜系的待征矩陣和單層膜的特征矩陣具有相同的性質(zhì)，可以假定以相似的形式來表示：

對稱膜系的等效折射率因此它可以用一層特殊的等效單層膜來描寫，這層等效膜的折射率E（等效折射率）和位相厚度τ(等效位相厚度)可以由下面方程求得：薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

對稱膜系的等效折射率對于某些波長范圍M11的絕對值大于1薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

對稱膜系的等效折射率對于M11的絕對值小于1的情況：

上式表示一個周期性對稱膜系在它的透射帶中仍然存在有一個等效折射率，它和基本周期對稱組合等效折射率E完全相同，并且它的等效位相厚度等于基本周期的等效位相厚度s倍．薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——基礎(chǔ)理論中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所L/2HL/2等效折射率H/2LH/2

對稱膜系的等效折射率薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所通過對L/2HL/2和H/2LH/2兩種基本型等效折射率分析可以得到L/2HL/2適合短波通…薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

一種壓縮波紋的簡單的方法是選擇合適的基本周期，通過改變基本周期內(nèi)的膜層厚度，使其等效折射率變到更接近預(yù)期值，要使這種方法有成效，則要求光潔基片保持低的反射率即基片應(yīng)有低的折射率，在可見光區(qū)，玻璃是十分滿意的基片材料，但是這種方法不能不加修改就用于紅外區(qū)，例如用于硅板和鍺板，更常用的方法是在多層膜的每一側(cè)加鍍匹配層，使它同基片以及入射介質(zhì)匹配。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所通帶的展寬與壓縮λ/4堆這種型式的長波通濾光片，其長波通帶可以一直延伸至膜料和基片的吸收限寬度是足夠的，但短波通濾光片因為有更高級次的截止區(qū)，所以它的通帶寬度是有限的，在有些情況下例如某些類型的熱反光鏡，就要求寬得多的短波通帶，現(xiàn)在我們討論短波通濾光片通帶的展寬的問題。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所

通過改變基本周期的結(jié)構(gòu)形式，調(diào)整每層的折射率、厚度，使的條件不滿足，可以消除某些級次的反射帶。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所光學(xué)薄膜的類型與符號1.減反膜2.濾光膜3保護(hù)膜4內(nèi)反射5外反射6高反膜7分束膜8分色膜9偏振膜10導(dǎo)電膜小結(jié)：薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所小結(jié)：1.各種膜系的實際應(yīng)用薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典型膜系中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所2.概括光學(xué)薄膜的本質(zhì)內(nèi)容

光在通過分層媒質(zhì)時，來自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象，人們正是利用這種干涉現(xiàn)象，通過改變薄膜材料及其厚度等特性來人為的控制光的干涉，根據(jù)需要來實現(xiàn)光能的重新分配。薄膜光學(xué)7薄膜光學(xué)——典