光学薄膜技术应用研究

摘要ｙ　６８３４１１

论文在综合了国际Ｌ光学薄膜折射率和厚度不同测试方法的基础上，采用可变角椭

圆偏振法来实现和建立国防系统的光学薄膜折射率和厚度最高标准。

可变角度的光谱椭偏仪（ＶＡＳＥ）是一种测量光学薄膜折射率和厚度的仪器，它对

于新材料和新过程的研究是一种强有力的技术手段。大多数研究应用需要复杂的设备和

软件来采集和分析ＶＡＳＥ数据，然而只使用软件也可实现用、ＡＳＥ进行常规测量。本文简述了可变角椭圆偏振法的基本原理及各种测量方法的比较，说明可变角光谱椭偏仪

（ＶＡＳＥ）可测定什么、数据分析的理论以及、ＩＡＳＥ分析的重点，详细给出了ＶＡＳＥ在

工业中的一些典型应用以及测量的不确定度及重复性分析和实例。

这一最高标准的建立，实现了光学薄膜折射率和厚度测试仪的计量检定和量值统一，大大提高了我国光学薄膜折射率和厚度的测试和计量水平，是我国的光学薄膜折射

Ｖ和厚度计量达到国际先进水平。

关键词：光学薄膜折射率椭偏仪不确定度光学计量

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｌｍ　ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ　ａｎｄ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ，　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ａｎｇｌｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ

ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｅｔ　ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｌｍ　ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ　ａｎｄ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｆｏｒ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｆｅｎｓｅ．

Ｖａｒｉａｂｌｅ　ａｎｇｌｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ（ＶＡＳＥ）ｉｓ　ａ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｏｐｔｉｃａｌｆｉｌｍ　ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ　ａｎｄ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｉｓ　ａ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｎｅｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ

第ｌ０卷第４期　Ｖｏ１．１０　Ｎｏ．４　读与写杂志　Ｒｅａｄ　ａｎｄ　Ｗｒｉｔｅ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　２０１３年４月　Ａｐｒｉｌ　２０１３　光学薄膜在仪器设备上的应用　张朝　（江苏省宿迁中学江苏　宿迁２２３８００）　摘要：本文研究了光学薄膜在各种仪器设备方面的应用，依据光学薄膜的性质特点，介绍了光学薄膜在望远镜、摄像机、照相机、显微　镜等系统　眼镜片、照明设备中的应用。　关键词：光学薄膜　薄膜应用　薄膜制备　中图分类号：Ｇ６３３．９１　文献标识码：Ｃ　文章编号：１６７２—１５７８（２０１３）０４—０１７８—０１　光学薄膜的应用始于２０世纪３０年代。现代，光学薄膜已　广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。光学薄　膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折　射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明　介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不　均匀的　本文依据光学薄膜的性质特点，介绍了不同作用的光　学薄膜在以下儿个仪器设备中的的应用。　１　望远镜上的光学薄膜　常见的望远镜镜头上呈蓝色或红黄色。当膜是蓝色的它属　于单层氟化镁，它的折射率Ｎ＝Ｉ．３８，相对于基质玻璃的折射率　Ｎ＝１．５较小（目前还找不到射率Ｎ＝Ｉ．２２的材料），膜层材料折射　率小于基质折射率，膜就会产生增透的效果。而当膜层材料折　射率大于基质折射率时，膜就会产生增反的效果。由于它是针　对人眼敏感的黄绿光（Ｘ＝５５０ｎｍ）设计的ｈ／４光学厚膜，对在离开　５５０ｎｍ波长稍远的光波．此膜所产生的反射率增大，因此我们看　到这种膜为蓝色（ｈ＝４００ｎｍ）或紫红色（ｈ＝３８０ｎｍ及７８０ｎｍ）。同样　道理，如果把允许通过的光波范围设计在偏离红黄的区域，这种　增透膜会对红黄色光谱的增透作用将略为降低．而对非红黄的　蓝光真正增透，我们就会看到一种反射为红黄色的膜，即此膜对　红黄色的光反射略为强。　在实际中．分别采用蓝膜和红膜的两架望远镜进行观察比　较，就会发现：蓝膜镜观察到的景物略呈红黄色，红膜望远镜镜　观察到的景物呈淡蓝色，就是上述这个道理。　２　光学薄膜在摄像机、照相机上的应用　摄像机镜头．是让可见光范围内全部光谱最大限度透过，即　透过波带要尽量的宽，从而获得真实地反映自然界色彩的效果，　采用了二三层膜系结构。　当基质玻璃折射率Ｎｇ＜１．６５时，用ｈ／４一ｈ／２一Ｍ４形式；当基质　玻璃折射率Ｎｇ＞１．６５时，用Ｘ／４一ｈ／４一ｈ／４形式。这种分层膜系，由　于在更多的波谱处追求反射率为零，增透波带变宽，某些反射率　不为零的色光被反射的情况相对突出起来，所以这种膜系更是　五彩纷呈（如有绿红带黄的，以及其它一些色彩）。再者，由于薄　膜对于入射白光的选择性反射，也因入射光的角度变化而发生　相应变化，所以我们从不同的角度观察这些光学表面时．将会看　到不同的色彩反光。通常，入射角度越大，红光的反射越大，所　以侧面看镜头时多呈红黄色。　为了与彩色显示设备中的三原色还原系统标准相一致，光　电武彩色摄像机中所用的彩色分光系统，也是利用薄膜对光波　的选择性透反作用，将白色光分离成三束原色光进入信号记录　仪，以备在相应制式的放映系统中播放使用。　３　光学薄膜在显微上的应用　显微镜是用来观察极细微物质的光学系统．除了要对极其　细微的物质充分照亮外，它的成像光学系统其必须尽可能地提　高光通量，以减少光能反射损失，由于显微镜的光学系统较为复　杂，光学表面多达２０个左右，如不采取增透措施，其光通量可能　降到３０％，同时较强的反射光还会使杂散光增加，从而影响像　的衬度、损害像的质量，所以它的镜片表面所镀的起增透作用的　膜是必要的　我们常见的显微镜物镜和目镜光学表面呈蓝色或紫红色．　这是为了让波长为ｈ＝５５０　ｎｍ的黄绿光有利通过，而在镜片上　镀上氟化镁的效果，其光学厚度为Ｍ４根据透射对光谱的选择　性曲线．在红光区及紫光区反射相对增加，因此所见的薄膜成紫　红色或蓝色。　４　光学薄膜在眼镜镜片上的应用　如果镜片表面没有镀膜，会使观察者看戴镜者眼睛时，看到　的却是镜片表面的一片白光或者是观察者的像。拍照时．这种反　光还会严重影响戴镜者的美观。再者，由于屈光镜片的前后表面　的曲率不同，它们之间会产生内反射光，内反射光会在远点球面　附近产生虚像，也就是在视网膜的像点附近产生虚像点既“鬼　影”。所以高折射率的镜片如果没有减反射膜，反射光会对戴镜　者带来的不适感比较强烈。增透膜就利用了这个原理，在镜片的　表面镀上增透膜，使得膜层前后表面产生的反射光相消干涉，达　到增透的效果。　利用人眼敏感度较高的波长为５５５ｎｍ光波。膜层厚度应为　基准光的１／４波长，当时，对于增透膜层，当镀膜的厚度过薄，反　射光会显出浅棕黄色，如果呈蓝色则表示镀膜的厚度过厚。镀减　反射膜层的目的是为了减少光线的反射，并不可能完全做到没　有反射光线。镜片的表面也总会有残留的颜色，残留颜色哪种是　最好的．其实并没有标准．目前主要是以个人对颜色的喜好为　主．较多的绿色色系。　同样，染色镜片或变色镜片的透光量会降低，但镜片表面的　反射光依然存在，产生的鬼影和眩光依然会干扰视觉，影响戴镜　者视物的清晰度和舒适性。所以染色镜片和变色镜片也是需要　镀增透膜的。　５　光学薄膜在照明设备上的应用　利用光学薄膜的干涉特性。选择性地吸收．反射或透射照明　光源中的红外辐射能量，已成为近年热性能光学控制薄膜的一　个重要应用领域。其中对可见光具有很高透过率的红外高反射　薄膜，用于白炽灯、卤素灯、低压钠灯等照明光源上，即可提高能　量利用率，又能改变光源光谱的能量分布．满足特定照明的需　求。红外高反射薄膜中用途较广的是金属——介质复合膜和全　介质多层干涉膜　金属——介质复合膜最典型的薄膜，以较简单的结构实现　了可见光透过红外高反射的目的，该薄膜的光学特性曲线。　采用膜系结构的金属——介质复合膜，用热蒸发方法镀制　于白炽灯玻壳内表面，可使白炽灯的相对光谱能量分布中红外　辐射能量几近为零，而可见光的光谱能量却较未镀膜时有所增　加，使相同功率的镀膜白炽灯输出光通量较普通灯泡为大，起到　了一定的节能作用。　参考文献：　【１］ｚ文梁等．光学薄膜消偏振技术及进展Ⅱ］．光学仪器．２００７，９　【２】显微技术与光学薄膜Ｕ】．现代显示．２００７．３，１０—１６．　【３］照明节能红外光学薄膜Ⅱ］．红外技术．１９９３，４，３３—３６．　［４】顾培夫、薄膜技术【Ｍ】．浙江：浙江大学出版社，１９９０．　一

光学薄膜设计中的多层反射膜研究

随着科技的不断进步，光学技术也在不断的发展与创新。在光学技术中，光学薄膜的设计是非常重要的一个环节。光学薄膜一般指的是指在光学器件表面上很薄的一层材料，能使光线发生反射、透射以及干涉等现象。多层反射膜是一种应用非常广泛的光学薄膜，在许多的光学仪器中都会用到。本文将探讨多层反射膜在光学薄膜设计中的研究。

一、多层反射膜的原理

多层反射膜是由若干层高、低折射率材料构成的光学薄膜。在多层反射膜中，光线在各层材料中的传播都会发生折射和反射，并且经过不同层材料的相互干涉，从而达到增强或削弱某些波长的目的。在多层反射膜中，很多时候会使用厚度逐渐变化的不同材料，这种设计可以大大加强多层反射膜的效果。

多层反射膜的折射率与厚度均为光学薄膜设计中最为重要的参数，不同折射率值和厚度差异会直接影响光学薄膜的反射率和透过率。因此，在设计多层反射膜时，研究折射率和厚度是必须的工作。

二、多层反射膜的短波和长波边界

在多层反射膜设计中，短波和长波边界是非常重要的考虑因素。多层反射膜的短波边界指的是多层反射膜在最短波长处的反射率降至最低值的波长。而长波边界指的是多层反射膜在最长波长处反射率开始降低的波长。在多层反射膜的短波边界和长波边界以内，多层反射膜的反射率就稳定在较高的值。在光学仪器中的应用，设计多层反射膜时要根据光学仪器的使用频率而定。

三、多层反射膜的应用

多层反射膜在现代光学仪器中应用非常广泛，比如望远镜、显微镜、激光器等光学设备都会用到多层反射膜。在望远镜和显微镜中，多层反射膜的作用主要是将两个物镜（望远镜）和目镜（显微镜）中的光线汇聚到一个点上，从而增加清晰度和分辨率。

在激光器中，多层反射膜是激光放大器的重要组成部分。在激光放大器中，多层反射膜由于具有高而稳定的反射率，能将激光信号反射回放大器中，从而形成激光振荡谐振腔。同时，多层反射膜的优异反射特性也能够使激光的光束在短距离内获得高度的增益增强，形成强光束。

薄膜技术的理论和应用

薄膜技术是一种高新技术，它通过将材料分子层层堆积析出而形成一种薄而均匀的材料。薄膜技术的应用非常广泛，包括光电、电子、化工、食品、医疗等领域。本文将从薄膜技术的理论和应用两个方面来详细探讨。

一、薄膜技术的理论

1. 薄膜生长模型

薄膜生长模型是研究薄膜形成规律的数学模型。它可以描述薄膜生长的物理过程，并预测薄膜的形态和结构。在薄膜生长模型中，主要包括表面扩散、沉积、缺陷漂浮、晶化、成核等几个重要步骤。这些步骤影响着薄膜的形态和质量。薄膜生长模型的出现，为薄膜技术的发展提供了重要的理论基础。

2. 薄膜吸附理论

在薄膜形成过程中，吸附理论是非常重要的。它可以描述薄膜形成的过程中物质分子与基底表面的物理化学现象。普通的吸附理论往往是以吸附能为研究对象，但是对于薄膜来说，由于它的尺寸极小，故应采用尺寸效应吸附理论。这个理论为薄膜技术的精确控制提供了良好的理论依据。

3. 薄膜在化学反应中的应用

化学反应中使用薄膜技术，常常采用气相沉积、热蒸发等方法。在化学反应中，薄膜的化学反应起到重要的作用，可以产生一些特殊的物理化学性质。因此，薄膜技术在催化、传感等领域发挥着重要的作用。

4. 纳米薄膜技术

纳米薄膜技术是薄膜技术的一个分支，它将薄膜做到了纳米尺度。纳米薄膜具有极高的比表面积和表面反应性，因此在传感、催化、光电等领域有着广泛的应用前景。同时，纳米薄膜技术的研究也给薄膜技术开发提供了重要的思路。

二、薄膜技术的应用

1. 光电领域

薄膜技术在光电领域有着广泛的应用。例如，太阳能电池、液晶显示器等都是依靠薄膜技术制成的。此外，薄膜技术在光学薄膜、光学滤波、全息成像等领域也都有着广泛的应用。

2. 电子领域

薄膜技术在电子领域的应用也非常广泛。例如，利用薄膜技术可以制备高温超导材料，用于高功率电子器件；还可以制备高品质的晶体管。此外，在电阻器、金属线、电容器等器件中也广泛使用了薄膜技术的成果。