光学薄膜技术复习提纲讲解
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光学薄膜基础知识介绍光学薄膜是一种具有特定光学性质的薄膜材料,通常由多个不同折射率的材料层次交替排列组成。
它以其特殊的折射、反射、透射等光学性质,在光学领域中得到广泛应用。
下面将介绍光学薄膜的基础知识。
一、光学薄膜的分类1.反射膜:反射膜是一种具有高反射特性的光学薄膜,适用于折射率较高的材料上,如金属、半导体、绝缘体等。
2.透射膜:透射膜是一种具有高透射特性的光学薄膜,适用于折射率较低的材料上,如玻璃、塑料等。
二、光学薄膜的制备方法1.蒸镀法:蒸镀法是最常用的制备光学薄膜的方法之一、它通过将所需材料加热至一定温度,使其蒸发或升华,并在基板上形成薄膜。
2.溅射法:溅射法是另一种常用的光学薄膜制备方法。
它通过在真空环境中,使用离子束或电子束激活靶材料,并将其溅射到基板上形成薄膜。
3.化学气相沉积法:化学气相沉积法是一种以气体化学反应为基础的制备光学薄膜的方法。
它通过将反应气体通入反应室中,在基板表面沉积出所需的材料薄膜。
三、光学薄膜的性质和应用1.折射率:光学薄膜的折射率是指光线在薄膜中传播时的折射程度,决定了光的传播速度和路径。
根据折射率的不同,可以制备出不同属性的光学薄膜,如透明薄膜、反射薄膜等。
2.反射率:光学薄膜的反射率是指光线在薄膜表面发生反射的程度,决定了光的反射效果。
反射薄膜广泛应用于光学镜片、反光镜、光器件等领域。
3.透射率:光学薄膜的透射率是指光线透过薄膜并达到基板的程度,决定了光的透射效果。
透射薄膜常用于光学滤波器、镜片涂层、光学器件等领域。
四、光学薄膜的设计与优化光学薄膜的设计与优化是制备高性能光学薄膜的关键。
根据所需的光学性质,可以通过调节不同层次的材料及其厚度,来达到特定的光学效果。
常用的设计方法包括正向设计、反向设计、全息设计等。
通过有效的设计与优化,可以实现特定波长的高反射、高透射、全反射等特性,满足不同光学器件的需求。
总结:光学薄膜是一种具有特殊光学性质的材料,广泛应用于光学领域中。
光学薄膜技术第三章——薄膜制造技术—-—-———-—--—--———————-—-——--——-—作者:—--—-————-——--—-————-———————-———日期:第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积(PVD)和化学液相沉积(CLD)两种工艺来获得.CLD工艺简单,制造成本低,但膜层厚度不能精确控制,膜层强度差,较难获得多层膜,废水废气对环境造成污染,已很少使用.PVD需要使用真空镀膜机,制造成本高,但膜层厚度能够精确控制,膜层强度好,目前已广泛使用。
PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜,概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量,使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体(从广义来说,就是使其蒸发),并使它们在其他位置重新结合或凝聚.在这个过程中,如果大气与蒸发中的物质同时存在,那就会产生如下一些问题:①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒,难以制得均匀平整的薄膜;②空气分子进入薄膜而形成杂质;③空气中的活性分子与薄膜形成化合物;④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物,从而不能进行正常的蒸发等等.因此,必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去,这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空,而把产生真空的装置叫做真空泵,抽成真空的容器叫做真空室,把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备.制作薄膜最重要的装备是真空设备.真空设备大致可分为两类:高真空设备和超高真空设备.二者真空度不同,这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的,但所用的真空泵和真空阀不同,而且用于真空室和抽气系统的材料也不同,下图是典型的高真空设备的原理图,制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类.下图是超高真空设备的原理图,在原理上,它与高真空设备没有什么不同,但是,为了稍稍改善抽气时空气的流动性,超高真空设备不太使用管子,多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接,一般还要装上辅助真空泵(如钛吸气泵)来辅助超高真空泵。
薄膜光学:1. 整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。
(托马斯 杨干涉实验)2. 列举常用的光学薄膜镀膜镜片,牛顿环,滤光片、反射镜,ITO 膜,幕墙玻璃,红外膜,DWDM 、光纤薄膜器件,电致变色膜。
3. 利用薄膜可以实现的功能减少反射,提高透射率;提高反射率;提高信噪比;保护探测器不被激光破坏;重要票据的防伪等等。
总之能列出多少光的用途就能列出多少光学薄膜的用途。
提高光学效率,减少杂光。
如高效减反射膜,高反射膜。
实现光束的调整和再分配。
如分束膜,分色膜,偏振分光膜。
通过波长的选择性提高系统信噪比。
如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。
实现某些特定功能。
如ITO 透明导电膜,保护膜等。
4. 一束入射角为0θ的光入射到厚度为d1、折射率为n1的薄膜上产生的相位差为:111024cos /n d δπθλ=;双光束强度为:221212122cos2R R R r r rr δδ=+±=+±详细计算过程:5. 单层膜的多光束干涉计算:(薄膜光学2PPT 中P26-29)6. 电磁场间的关系:()111H N k E =⨯光学导纳:HN N r E=⨯,这是的另一种表达式称为光学导纳7. 光在两种材料界面上的反射:0101cos ,cos N p r s N ηηθηηηθ⎧--⎪==⎨+-*⎪⎩光:光:01010101R ηηηηηηηη*⎛⎫⎛⎫--=∙ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭8. 掌握单层膜的特征矩阵公式:薄膜光学3 PPT 中P 15-211112111sin cos 1sin cos i B C i δδηηηδδ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ B C ⎡⎤⎢⎥⎣⎦称为膜系的特征矩阵 CY B=单层膜的反射系数和反射率为:000000,YY Y r R Y Y Y ηηηηηη*⎛⎫⎛⎫---==⋅ ⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭9. 掌握多层膜的特征矩阵公式:薄膜光学3 PPT 中P 26-2910. 【计算】偶数四分之一光学膜层的特征矩阵:2231222r r sr rY ηηηηη------=--- 奇数四分之一光学膜层的特征矩阵:222422231r r r r r sY ηηηηηη-------=--- 计算多膜层(膜层厚度为四分之一波长的整数倍)的反射率。
光学薄膜复习要点第四章光学薄膜的制造工艺1.光学薄膜器件的质量要素光学性能:●膜层厚度d●膜层折射率n折射率误差的三个主要来源:------膜层的填充密度(聚集密度)------膜层的微观组织物理结构------膜层的化学成分机械性能:硬度:膜层材料的本身硬度和膜层内部的填充密度牢固度:是指膜层对于基底的附着力、黏结程度膜层与基底之间结合力的性质(范德华力、分子间作用力、经典吸引)成膜粒子的迁移能环境稳定性:希望薄膜器件的光学性能和机械性能在经历恶劣环境较长时间后仍然不变。
恶劣环境:盐水盐雾、高湿高温、高低温突变、全水浴半水浴、酸碱腐蚀提高方法:1.选用化学稳定性好的材料2.制作结构致密无缝可钻的膜层后果:1.结构致密:酸碱盐水对膜层的腐蚀为单一面腐蚀,速度慢,耐久性强2. 结构疏松:酸碱盐水对膜层的腐蚀是深入内部的体腐蚀,速度快,耐久性差。
填充密度:膜层的实际体积与膜层的几何体积之比。
后果:高的填充密度对应着优良的机械性能和光学性能的环境稳定性。
低:机械性能:膜层与基底之间吸附能小,膜层结构疏松牢固度差膜层表面粗糙,摩擦因数较大,抗摩擦损伤能力差非密封仪器内部,面腐蚀变为深入内部的体腐蚀光学性能:光线在粗糙表面散射损大空隙对环境气体的吸收导致膜层的有效光学厚度随环境、温度的变化而变化。
折射率不稳定。
提高膜层的填充密---基片温度、沉积速率、真空度、蒸汽入射角、离子轰击影响膜层质量的工艺要素:1.真空镀制光学薄膜的基本过程清洗零件---清洁真空室/装零件---抽真空和零件加温---膜厚仪调整---离子轰击---膜料预熔---镀膜---镀后处理---检测。
2.影响薄膜器件质量的工艺要素及其作用机理●真空度:影响折射率,散射,机械强度,不溶性后果:真空度低,使膜料蒸汽分子与剩余气体分子碰撞的几率增加,蒸汽分子的动能大大减小,与基片的吸附能间隙,从而导致沉积的膜层疏松,机械强度差,聚集密度低,化学成分不纯,膜层折射率,硬度变差。
薄膜物理复习资料——特别鸣谢江流同学0绪论1. 薄膜的定义。
由原子、分子或离子沉积在基片上所形成的二维材料。
2. 薄膜的分类,从功能和应用领域、电导率、磁导率三个不同方面来分,可分为?按功能和应用领域分为:(1) 电学薄膜:导电、电阻、半导体、介电、压电、铁电、超导、光电、传感、磁电、光能、电光.(2) 光学薄膜:减反射、反射、分光滤光、光存储。
(3) 工程薄膜:耐腐蚀、防磨损、热传导、润滑.(4) 生物医学薄膜:抗菌杀毒、生物活性(5) 装饰包装薄膜:金、仿金TiN 、铝箔按电导率(σ)分有:(1) 金属薄膜(2)半导体薄膜(3)绝缘体薄膜(4)超导体薄膜(5)光电薄膜等 按磁导率(u )分有:(1)磁性薄膜(2)非磁性薄膜1真空技术基础第一节真空的基本知识 1. 真空的定义,真空状态下的气体处于平衡时,描述气体性质的气体状态方程为?所谓真空是指低于一个大气压的气体空间P=nkT 或RT M m PV =2. 真空的单位有哪些?相互之间的换算关系为?帕斯卡(Pa )托(Torr )1Torr=133.322Pa毫米汞柱(mmHg )1mmHg=133.322Pa巴(bar)1bar=Pa 5103. 真空度(或真空区域)的划分,及各区域真空的应用?粗真空105~102Pa 获得压力差低真空102~10—1Pa 真空热处理高真空10—1~10-6Pa 真空镀膜超高真空10-6~0Pa 表面研究4. 气体与蒸气的区分?对于每种气体都有一个特定的温度,高于此温度时,气体无论如何压缩都不会液化,这个温度称为该气体的临界温度。
利用临界温度来区分气体与蒸汽.温度高于临界温度的气态物质称为气体,低于临界温度的气态物质称为蒸汽第二节第三节真空的获得1. 前级泵、次级泵的概念?能使压力从一个大气压力开始变小,进行排气的泵常称为前级泵;另一些却只能从较低压力抽到更低压力,这些真空泵常称为次级泵主要真空泵的排气原理及工作范围?(见表1-3)第四节真空的测量常见的几种真空计的工作原理及测量范围?(表1-6)1.热偶真空计的工作原理?电离真空规的工作原理?热偶真空计是利用低压强下气体的热传导与压强有关的原理制成的真空计。
薄膜技术讲义薄膜基础知识一、光学图纸和技术文件中的常用术语及符号符号术语N 光圈数△N 光圈局部误差△R 标准样板精度B 表面疵病C 透镜偏心差d透镜中心厚度T透镜边缘厚度D零件直径D0(Dm)零件有效直径二、光学材料的基本知识1、光学材料的种类光学玻璃分为2大类:冕牌玻璃(K)和火石玻璃(F)2、光学性能:1)化学稳定性:玻璃抵抗水溶液、潮湿空气及其他侵蚀性介质如酸、碱、盐等破坏的能力;(DW DA)2)机械性能:比重、脆性、弹性、硬度(相对抗磨硬度FA);3)热性能:热稳定性:指玻璃经受急冷急热的性能。
三、光学薄膜的分类及设计§3-1光学薄膜的分类1.减反膜2.滤光膜 3 保护膜4 内反射5 外反射6 高反膜7 分束膜8 分色膜9 偏振膜10 导电膜§3-2光学薄膜的基本特性和内容基本特性序号基本特性主要内容1 光学性能膜层在某一光谱范围内的反射、透射、吸收、散射等特性,同时包括折射率和消光系数等光学常数2 表面质量包括麻点、脱膜、擦痕、印迹、膜色不匀等3 力学性质主要包括附着力、硬度和应力4 环境适应性主要包括膜层的化学稳定性和热稳定性§3-3 光学薄膜的设计§3-3-1 减反射膜减反射膜是用来减少光能在光学元件表面的反射损失.可见光的光谱区域通常认为是400nm~760nm.1、单层减反射膜:当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的介质时,在分界面上会产生光的反射,根据费涅尔定律,反射率R=(n0-n1)2/(n0+n1)2= (1-n1)2/(1+n1)2 当介质为空气时,认为n0=1 单层膜在中心波长λ0处的反射率R= (1- n12/ nS )2 / (1+ n12/ nS )2 其中nS是玻璃基底的折射率,n1是所镀膜料的折射率。
在光线垂直入射时,在中心波长λ0 出现零反射的条件为膜层的光学厚度n1d1等于λ0的1/4,即:n1d1= λ0/4,同时膜层的折射率n1等于基底折射率nS与入射介质折射率n0乘积的平方根,即n1=∨nsn02、双层减反膜(V形减反膜):λ/4—λ/4(W形膜): λ/4—λ/23、多层减反膜:四、镀膜技术§4-1 真空的基本知识1、定义:指在给定空间内,压强低于1标准大气压的气体状态。
光学膜片知识点总结一、光学膜片的基本原理光学膜片是利用薄膜的干涉效应来实现对光的调控的光学元件。
薄膜的光学性质与其厚度、折射率及透射率等参数密切相关,通过对这些参数进行设计和调控,可以实现对光的波长、偏振、相位等的调控。
光学膜片的工作原理主要基于薄膜的干涉效应和多层膜的反射和透射规律。
1. 干涉效应:当光线通过薄膜时,由于薄膜的厚度和折射率的不同,光线在薄膜内部和表面之间会发生反射和透射,从而产生干涉现象。
这种干涉效应可以用来实现对光的波长和相位的调控。
2. 反射和透射规律:多层膜的光学性质与薄膜的材料、厚度、层序、折射率等参数相关,通过合理设计多层膜的结构,可以实现对光线的反射和透射的控制,从而实现对光的偏振和波长的调控。
基于以上基本原理,光学膜片可以实现对光的色散、偏振、透射率等的调控,具有广泛的应用前景。
二、光学膜片的主要特性1. 调控范围广:光学膜片可以实现对光的波长、偏振、相位等的调控,调控范围广,具有较大的应用潜力。
2. 光学性能优良:光学膜片具有优良的光学性能,如高透射率、低反射率、高色散率等,能够满足各种光学系统的需要。
3. 结构简单紧凑:光学膜片的结构通常比较简单,可以设计成紧凑的结构,便于集成和应用。
4. 制备工艺成熟:目前光学膜片的制备工艺已经比较成熟,可以利用各种方法和工艺制备出具有良好性能的光学膜片。
5. 适应性强:光学膜片可以根据具体的应用需求进行设计和制备,具有较强的适应性,适用于不同的光学系统。
在以上方面,光学膜片具有许多优良特性,是一种非常重要的光学元件。
三、光学膜片的制备工艺光学膜片的制备工艺是实现其优良性能的关键。
光学膜片的制备工艺通常包括薄膜沉积、膜层设计、光刻、膜层厚度和成分控制、表面处理等工艺步骤。
1. 薄膜沉积:薄膜沉积是制备光学膜片的基础工艺,主要包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和溅射沉积等技术,通过这些技术能够在衬底上制备出所需的薄膜材料。
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间:17周周三下午3:00---5:00(12月30号)题型:选择题(10*2)填空题(10题24分)判断题(10题)简答题(4题24分)综合题(2题22分,计算1题,论述1题)考试内容包含课本与课件,简答和综合题包含作业和例题一、判断题1. 光束斜入射到膜堆时,S -偏振光的反射率总是比p -偏振光的反射率高(正确)2. 对称膜系可以完全等效单层膜(错误,仅在通带中有类似特性)3. 对于吸收介质,只要引入复折射率,进行复数运算,那么就可以完全使用无吸收时的公式(正确)4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式:导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵(错误)5. 简单周期性多层膜,在其透射带内R<<1(错误)6. 在斜入射情况下,带通滤光片S -偏振光的带宽比p -偏振光的带宽为大(正确)7. 在包含吸收介质时,光在正反两个入射方向上的透过率是一样的(正确)8. 发生全反射时,光的能量将不进入第二介质(错误)9. 斜入射时,银反射膜的偏振效应比铝反射膜大(Al :0.64-i 5.50,Ag :0.050-i 2.87)(错误,因为银的折射率远小于铝)10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率(错误,是指截止带中心处的反射率)第一章 薄膜光学特性计算基础1、 干涉原理:同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、 产生干涉的条件:频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、 薄膜干涉原理 :层状物质的平行界面对光的多次反射和折射,导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、 光学薄膜:薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、 麦克斯韦方程组:(1) -(2) (3)0(4)D H j tB E tD ρB ∂∇⨯=+∂∂∇⨯=∂∇∙=∇∙= 6、 物质方程:D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩7、 光学导纳:00r H N Y K E εμμ==⨯ 8、 菲涅尔系数:菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
光学薄膜基础知识光学薄膜讲解内容:①光学薄膜的理论基础及应用范围和发展前景②光学薄膜基础理论知识③镀膜制备技术④镀膜材料⑤镀膜检测光学薄膜是一门综合性非常强的工程技术科学。
它的理论基础是电磁场理论和麦克斯韦方程,涉及光在传播过程中,通过多层介质时的反射、反射各偏振性能等。
随着科学的进步和人们生活水平的不断提高,促使镀膜技术得到了非速的发展。
在许多情况下,人们关心的是材料的表面,在普通的基底材料上若镀以适当的膜,就可以获得奇迹般的效果。
膜是物质存在的一种形式。
多年来,在膜的理论、制备工艺、测试方法和应用等方面,进行了大量的研究和开发工作,已发展成为一门新兴的边缘科学——膜学。
它涉及物理学、化学、数学等基础学科和材料、等离子体、真空、测量与控制等技术领域。
它是多种学科综合的产物,同时也促进了相关学科和技术的发展。
膜学是材料中最活跃、最富成效、最有前途的一项技术。
镀膜的方法很多,分类方法也各不相同。
按膜层的形成方法分类,可以分为干式镀膜和湿式镀膜。
干式镀膜是指要真空的条件下,应用物理或化学的方法,将材料汽化成原子、分子或使成电离成离子,并通过气相过程,在基体表面沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。
因此也有人称为气相过程或真空镀膜。
在干式镀膜中有以真空镀、溅射镀膜、离子镀为代表的物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。
湿式镀膜是指将工件置于电解质溶液中,通过化学、电化学的方法,使其表面形成镀层,所以也有人称溶液法为液相沉积法,它可以分为电镀、化学镀、化学转化膜处理几种。
镀膜技术应用广泛,如太阳能电池、太阳能集热管、集成电路、半导体器件、平板显示器、光控及节能玻璃、信息储存作用器件、敏感元件、工模具超硬涂层及手表、眼镜、卫生洁具等日用品精钸层、塑料制品金属化、包装用塑料薄膜等各个领域,在工业现代化和国民经济发展中的越来越大,在国内外生产、科研、教学领域受到普遍重视,得到了迅猛发展。
光学薄膜基础理论知识光波:紫外光、可见光、红外光。
光学薄膜技术第二章典型膜系介绍根据英作用可以将光学薄膜的类型简单的分为:1、 减反射膜或者叫增透膜2、 分束膜3、 反射膜4、 滤光片5、 苴她特殊应用的薄膜一、减反射膜(增透膜)在众多的光学系统中,一个相当重要的组成部分就是镜片上能降低反射的镀膜。
在很多应用领域中,增透 膜就是不可缺少的,否则,无法达到应用的要求。
就拿一个由18块透镜组成的35mm 的自动变焦的照相 机来说,假左每个玻璃与空气的界而有4%的反射,没有增透的镜头光透过率为23%,镀有一层膜(剩余的反射 为1、3%)的镜头光透过率为62、4%,镀多层膜(剩余的反射为0、5%)的为83、5%0大功率激光系统要求某些元件有极低的表而反射,以避免敏感元件受到不需要的反射光的破坏。
此外,宽 带增透膜可以提髙象质量、色平衡与作用距离,而使系统的全部性能增强。
当光线从折射率为n0的介质射入折射率为nl 的另一介质时,在两介质的分界而上就会产生光的反射, 如果介质没有吸收,分界而就是一光学表而,光线又就是垂直入射,则反射率R 为:R =巴二勺 透射率r = i- 帆+厲丿例,折射率为1、52的冕牌玻璃,每个表面的反射约为4、2強,折射率较髙的火仃玻璃表而的反射更为显著。
这种表而反射造成了两个严重的后果:① 光能量损失,使像的亮度降低:② 表面反射光经过多次反射或漫射,有一部分成为杂散光,最后也达到像平而,使像的衬度降低,分辨率下 降,从而影响光学系统的成像质量。
减反射膜,又称增透膜,它的主要功能就是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表而的反射光,从而增加 这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光」最简单的增透膜就是单层膜,它就是镀在光学零件光学表而上的一层 率较低的介于空气折射率与光学元件折射率之间的薄膜。
以使某些颜色的 光在表而上的反射干涉相消,增加透射。
使用最普遍的介质膜材料为氟化镁, 折射率为1、38。
减反射膜可由简单的单层膜至二十层以上的多层膜系构成,单层膜能使某一波长的反射率实际为零,多 层膜则在某一波段具有实际为零的反射率。
光学薄膜技术复习提纲一、典型膜系㈠减反射膜(增透膜)1、减反射膜的主要功能是什么?是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。
★2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算★3、掌握常见的多层膜系表达,例如G︱H L︱A代表什么?G︱2 H L︱A?★4、什么是规整膜系?非规整膜系?/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系,反之为非规整膜系。
把全部由λ★5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。
为了在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果,常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
★6、V形膜、W形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。
P16—17V——G︱HL︱AW——G︱2HL︱A㈡高反射膜★1、镀制金属反射膜常用的材料有铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铬等。
★2、金属反射膜四点特性。
P29①高反射波段非常宽阔,可以覆盖几乎全部光谱范围,当然,就每一种具体的金属而言,它都有自己最佳的反射波段。
②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。
如Al、Cr、Ni(镍)与玻璃附着牢固;而Au、Ag与玻璃附着能力很差。
③金属膜层的化学稳定性较差,易被环境气体腐蚀。
④膜层软,易划伤。
㈢分光膜1、什么是分光膜?中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光,也即它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和反射率之比值——透反比。
因而反射光和透射光不带有颜色,呈色中性。
★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点:金属分束镜p32优点:中性好,光谱范围宽,偏振效应小,制作简单缺点:吸收大,分光效率低。
使用注意事项:光的入射方向介质分束镜p30优点:吸收小,几乎可以忽略,分光效率高。
缺点:光谱范围窄,偏振分离明显,色散明显。
5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振,实现50/50中性分光。
㈣、截止滤光片★1、什么是截止滤光片?什么是长波通、短波通滤光片?p33截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射,而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射的干涉截止滤光片。
光学薄膜技术复习提纲、典型膜系减反射膜(增透膜)1、减反射膜的主要功能是什么?是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。
★ 2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算厂 宀 >2llo —111 /11;#-1R= ------------<山+爲沁+/★ 3、掌握常见的多层膜系表达,例如 G| H L | A 代表什么? G| 2 H L | A ? ★ 4、什么是规整膜系?非规整膜系?把全部由入0/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系,反之为非规整膜系。
★ 5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。
为了在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果,常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
★ 6 V 形膜、W 形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。
P16-17㈡高反射膜★ 1、镀制金属反射膜常用的材料有铝(AI )、银(Ag )、金(Au )、铬等。
★ 2、金属反射膜四点特性。
P29① 高反射波段非常宽阔,可以覆盖几乎全部光谱范围,当然,就每一种具体的金属而言,它都有自己最佳的反射波段。
V --G I HL|A/M |=!!膜/ fix一上 —\><WG | 2HL | A 0400 450500 550600650 700VUavelsnqth (rm )432<L>yuf5o2lpu家②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。
如Al、Cr、Ni (镍)与玻璃附着牢固;而Au、Ag与玻璃附着能力很差。
③金属膜层的化学稳定性较差,易被环境气体腐蚀。
④膜层软,易划伤。
㈢分光膜1什么是分光膜?中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光,也即它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和反射率之比值一一透反比。
因而反射光和透射光不带有颜色,呈色中性。
★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点:金属分束镜p32优点:中性好,光谱范围宽,偏振效应小,制作简单缺点:吸收大,分光效率低。
使用注意事项:光的入射方向介质分束镜p30优点:吸收小,几乎可以忽略,分光效率高。
缺点:光谱范围窄,偏振分离明显,色散明显。
5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振,实现50/50中性分光。
㈣、截止滤光片★1、什么是截止滤光片?什么是长波通、短波通滤光片?p33截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射,而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射的干涉截止滤光片。
抑制短波区、透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片。
抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。
2、截止光滤片的应用:彩色分光膜。
P51①图2.4.13分光原理;②解决棱镜式分光元件偏振效应的方法是合理设计分光棱镜的形式,尽可能减小光束在膜面上的入射角。
㈤、带通滤光片★1、什么是带通滤光片?P58在一定的波段内,只有中间一小段是高透射率的通带,而在通带的两侧是高反射率的截止带★2、什么是通带半宽度和相对半宽度?p59透过率为峰值透过率一半的波长宽度,称为通带半宽度2^入。
入/入0表示相对半宽度。
★3、金属一介质F—P干涉滤光片;全介质F—P干涉滤光片p59金属一介质F—P干涉滤光片:F—P干涉滤光片的两个金属反射层夹一个介质层;全介质F—P干涉滤光片:F—P干涉滤光片的反射膜是全介质膜。
二、薄膜制造技术1热蒸发真空镀膜设备主要由三大部分组成:①②③三个系统p109〜111真空系统、热蒸发系统、膜层厚度控制系统。
★2、热蒸发法的基本原理。
P111把被蒸发材料加热到蒸发温度,使之蒸发淀积到放置在工件架上的零件表面,形成所需要的膜层。
★3、真空度的计量;单位;用什么仪器进行真空度的测量?P112真空度的计量采用与压强相同的方法和单位。
单位:Pa真空度是用真空计进行测量的。
★4、PVD所需真空度基本确定原则。
P112气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离。
★5、旋片式机械泵工作原理。
P113采用旋片式的转子和定子组成,随着转子的旋转,不断地进行吸气、压缩和排气的循环过程,使连到机械泵的真空室获得真空。
★6油扩散泵的工作原理。
P114, p115图3.3.4★7、罗茨泵的结构、工作原理。
P116★8、低温冷凝泵的工作原理。
P116请归纳下表:★ 、使用的高真空系统(图)工作原理。
★ 11、什么是电阻加热法? p120把薄片状或线状的高熔点金属(经常使用的是钨、钼、钛)做成舟箔或丝状的蒸发源,装上蒸镀材料,或用坩埚装上蒸镀材料,让电流通过蒸发源加热蒸镀材料使其蒸发,这就是电阻 加热法。
电阻加热法不能蒸发高熔点材料。
★ 12、什么是电子束加热法? e 型电子枪? p121e 型电子枪:电子枪灯丝经高温加热后,产生热电子发射,这些热发射电子经阴极(灯丝) 和阳极之间的高压电场加速,并聚焦成束,在线圈磁场的作用下,电子束产生 270°角的偏 转(电子束轨迹成e 型)到达坩埚蒸发源材料的表面,使电子束所带有的巨大的动能转化为 热能,对材料进行迅速加热,造成局部高温而汽化蒸发。
电子束加热法可蒸发高熔点材料。
★ 13、什么是溅射? p123 ★ 14、什么是辉光放电溅射? p123 ★ 15、什么是磁控溅射? p126 ★ 16、什么是离子束溅射? p128 ★ 17、什么是离子镀? p130膜料加热蒸发,将基片作为阴极,蒸发源作阳极,充入惰性气体(如氩)以产生辉光放 电。
从蒸发源蒸发的分子或原子发生电离,在强电场加速下轰击并沉积在零件表面 ★ 18、热蒸发镀膜与离子镀的绕射特性比较。
P131★ 19、什么是离子辅助镀? p134在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器 离子源,产生离子束,在热蒸发进行的同时, 用离子束轰击正在生长的膜层,形成致密均匀结构,使膜层的稳定性提高,达到改善膜层光 学和机械性能的目的。
电离真空规热偶真空规真空容器!6低真空阀门低温冷阱6产请归纳下表:(镀膜方法不归纳,复习到这儿又是很乱)三、光学薄膜制造工艺1、真空镀制光学薄膜的基本工艺过程。
P140清洁零件一清洁真空室/装零件〜抽真空和零件加温f膜厚仪调整一离子束轰击f膜料预熔f镀膜f镀后处理f检测★2、真空度对薄膜性能的影响。
P140若真空度低,致使膜料蒸气分子与剩余气体分子碰撞几率增加,蒸气分子动能大大减小,使得蒸气分子达不到基片,或无力冲破基片上的气体吸附层,或是勉强能冲破气体吸附层但与基片的吸附能却很小,从而导致光学薄膜器件沉积的膜层疏松,机械强度差,聚积密度低,化学成分不纯,使得膜层折射率、硬度变差。
★3、沉积速率的影响。
P140如果沉积速率低,膜层结构疏松;沉积速率提高,会形成颗粒细而致密的膜层,光散射减小,牢固度增加。
提高沉积速率的方法主要有两种:①提高蒸发源温度;②增大蒸发源面积。
★4、离子轰击的影响。
P141镀前轰击:使基片表面因离子溅射剥离而再清洁和电活化,提高膜层在基片表面的凝集系数和附着力。
镀后轰击:提高膜层聚集密度,增进化学反应,使氧化物膜层的折射率增加,机械强度和抗激光损伤阈值提高。
★5、蒸气入射角的影响。
P141蒸气入射角指蒸气分子入射方向与基片沉积表面法线的夹角。
为了获得高质量薄膜,须控制膜料蒸气分子的入射角,一般应限制在30°之内。
★6基片清洁的影响。
P141残留在基片表面的污物和清洁剂将导致:(1) 膜层对基片的附着力差;(2) 散射吸收增大抗激光能力差;(3) 透光性能变差。
★6什么是目视法膜厚控制?如何根据反射光的颜色近似判断薄膜的光学厚度?互补判断。
p148利用人眼对薄膜厚度变化时引起光束透过强度的变化,或薄膜的干涉色的变化,来判断膜层的厚度。
根据薄膜干涉色的变化来控制膜厚是因为当单层薄膜的光学厚度为入/4,薄膜的折射率为基底折射率的平方根时,则对波长为入的光而言,产生零反射。
而对其他波长的光仍有不同程度的反射。
这样,如果入射光是白光,因反射光缺少某些颜色的光而带有颜色,颜色的变化决定于光学厚度的变化。
对于一定的颜色,必定相应地对应一定的厚度,于是就可以根据反射光的颜色近似判断薄膜的光学厚度。
7、什么是极值法?对垂直入射的光,当介质薄膜的光学厚度nd=n/4时,薄膜的反射和透过就会出现一个极值。
根据薄膜的这种特性,能够比较精确地控制薄膜的厚度。
当记录器上出现一个极值时,我们就知道,现在薄膜的光学厚度是控制波长的入/4。
& 什么是石英晶振法?p152当晶片上镀了某种膜层,使晶片的厚度增大,则晶片的固有频率会相应的变化。
石英晶体膜厚监控仪是通过测量频率或与频率有关的参量的变化而监控淀积薄膜的厚度。
9、什么是宽光谱膜厚监控?p154宽光谱膜厚监控是采用宽光谱快速扫描光度计与计算机联合监控膜厚。
利用实测的光谱曲线与理论光谱曲线进行比较,以评价函数表示比较结果并将其返回给控制系统,从而及时修正所镀曲线的误差。
10、可以获得均匀膜层厚度的蒸发源与零件位置:P1581)点状蒸发源置于被镀件所在球面的球心;2)面状蒸发源位于被镀件所在的同一球面上。
★ 11、改善膜层厚度均匀性的措施:p1581)采用行星夹具2)增设膜层厚度调节板★四、常用光学薄膜材料1、常见的金属薄膜有哪些?p182 铝、银、金和铬。
2、铝膜、银膜、金膜的特性p182铝是金属膜中唯一从紫外(0.2卩m)到红外(30卩m)均具有较高反射率的材料。
铝膜对玻璃衬底的附着力较好,机械强度和化学稳定性相对较好,可以满足在多种场合下用做外反射膜。
银膜的优点在可见与红外波段均具有最高的反射率,用做分光薄膜有良好的中性和很小的偏振差异。
缺点是紫外区域反射率低,与玻璃的附着较差,机械强度和化学稳定性不佳,易于氧化或者硫化。
常用做胶合零件和内反射零件,用做外反薄膜需要选择合适的保护层。
金膜只有在波长大于800nm的红外区域才表现出高反射特性,薄膜自身拥有良好的化学稳定性,所以常用做红外系统中的外反射镜,不需特别的保护层。
金膜与玻璃的附着力不高,可以用铬或者钛作附着力增强层。
新蒸发的金膜往往较软,经过一周的放置以后硬度会有所增加。
铬膜的最大优点是在可见光区的分光特性几乎呈中性,在玻璃上的牢固性极佳,吸收特性受沉积条件的影响较小,提高沉积温度有助于提高其反射率。
铬膜光学特性的长期稳定性好。
铬膜的缺点是吸收较大。
3、常见的介质薄膜材料有哪些?p183氟化物、硫化物(ZnS)和氧化物(氧化钛Zr02、氧化锆TiO?和氧化硅Si02)。