薄膜光学-基础讲义

1 2
3
先考虑由基底g和膜层3
g
组成的单层膜系统。
由式(3-225)可得，此单层膜系统的反射系数：
r r23 r3g exp( j) 1 r23r3g exp( j)
由于是λ。/4膜系，所以：
r r23 r3g 1 r23r3g
1
再考虑由膜层2和反射系
2
数为 r 的等效膜层(3,g)
2
R1
nA nA
nI nI
式中
nI
nH2 nG
是镀第一层膜后的等效折射率。若在高折射率膜层上再镀一层
低折射率膜层，其反射率为
2
R2
nA nA
nII nII
式中
nII
nL2 nI
nL nH
2
nG
是镀双层膜后的等效折射率。依此类推，当膜层为偶数(2p)层 时， (HL)p膜系的等效折射率为
3
组成的“单层膜”系统。
g
这样，此“单层膜”系统的反射系数：
r r12 r 1 r12 r
最后得到双层膜系统的反射系数：
r r12 r23 r3g r12r23r3g 1 r12r23 r12r3g r23r3g
考虑到正入射的菲涅耳系数：
rij
ni ni
nj nj
令r＝0，可得双层减反膜的材料折射率条件：
此时反射率最小，透过率最大：
Rm
r12 1
r23 r12r23
2
n22 n22
n1n3 n1n3
2
Rm
r12 1
r23 r12r23
2
n22 n22
n1n3 n1n3
2
当满足下面条件时，R＝0，消反射：

薄 膜 光 学——基础理论
前一次课旳主要内容
光学薄膜在倾斜入射时旳体现 考虑到基片背面反射时旳情况 对称膜系旳等效折射率 矢量法 麦克劳德纳图解法简介 用麦克劳德纳图解法解释单、双层增透膜
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
薄 膜 光 学——经典膜系
经典膜系简介
❖增透膜 ❖分光膜 ❖反射膜 ❖滤光片 ❖特殊膜系
i n3 n1
in1
Y C / B n12 / n3
显然，在中心波优点旳反射率与单层膜相同。
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薄 膜 光 学——经典膜系
1.2 双层增透膜
单 层 膜 、 λ/4-λ/4和 λ/2-λ/2型 双 层 增 透 膜 理 论 曲 线
5
4 3 2
% Reflectance
薄 膜 光 学——经典膜系
1.2 双层增透膜
上面讨论旳λ0／4- λ0／4 构造旳V形膜只能 在较窄旳光谱范围内有效地减反射，所以仅合适 于工作波段窄旳系统中应用．厚度为λ0／4- λ0／ 2型旳双层增透膜，在中心波长λ0两侧， 可望有 两个反射率极小值，反射率曲线呈W型，所以也 有把这种双层增膜称作为W型膜旳．对于中心波 长膜层和基片组合旳特征矩阵为
n1
Y n0
n2
n3
n0
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薄 膜 光 学——经典膜系
1.2 双层增透膜
当折射率完全满足以上关系旳材料不能找到时，能够经 过厚度旳调整来到达，如图所示，n0、n3分别为入射介 质和基片旳折射率，n1和n2为折射率己拟定旳低折射率 和高折射率材料旳膜层，δ1、δ2便是待定旳膜层位相厚 度，用矢量法进行分析:
值为离开原点． 2． 矢量之间旳夹角仅决定于膜层旳光学厚度和所考察

薄 膜 光 学——前言
前言——光学薄膜的应用
薄膜光学是物理光学的一个重要分 支，它研究的对象是膜层对光的反射、 透射、吸收以及位相特性、偏振效应等， 简而言之，它主要研究光在分层媒质中 的传播规律性。
薄 膜 光 学——基础理论
前言——光学薄膜的应用
光在通过分层媒质时，来自不同界面 的反射光、透射光在光的入射及反射方向 产生光的干涉现象，人们正是利用这种干 涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来 人为的控制光的干涉，根据需要来实现光 能的重新分配。
人类最早发现的五光十色的肥皂泡，水面上彩 色斑烂的油膜，两玻璃片间的空气层中常呈现出色 彩鲜艳的光环，所有这些现象早在十七世纪就引起 了许多自然科学家的注意，他们各自部提出了一些 初步解释，但均不令人满意 ，直到一百五十年以后， 即1801年托马斯 ．杨干涉实验结果以及菲涅耳对此 进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清， 物理光学的基础才从此建立起来．今天我们可以说， 整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。
液晶投影显示系统中，几乎所有的典型的光学薄 膜都得到了应用。-----唐晋发
薄 膜 光 学——前言
光学薄膜在光通信领域的应用
➢以光通信中DWDM filter位代表的光学薄膜 应用是目前光学薄膜技术最高水平的代表。
➢光通信曾经给光学薄膜技术带来了前所未
有的商机
薄 膜 光 学——前言
DWDM filter
薄 膜 光 学——前言
前言——光学薄膜的应用
光学薄膜在光学系统中的作用：
➢提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、高反射膜。 ➢实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分 光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。 ➢通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带 通滤光片、 长波通、短波通滤光片。

可表示为
2 结合(9)式N = -i 0 0
可推出
2 N i t ( S0 r )
(14)
S0：平面波单位传播矢量 r：坐标矢径 类似的， H H 0e
2 N i t ( S0 r )
又 =2 ， =c /N， c = ，代入下式，得
E E0 e (8) i t x i t x i t 2 Nx EEe =E e =E e
i t x 0 0 0
(11)
(11)式含义：波长为的单色平面波沿正x方向传播 若一平面波沿给定的余弦方向( , , )传播， (11)式变成 E E0 e
1
0 0
0和 0是 真 空 中 的 介 电 常 数 和 磁 导 率
电磁波在真空中的速度与在介质中的速度之比称为
绝对折射率n （简称折射率）即
1 c 1 n ( ) 2 ( r r ) 2 00
之外，大多数物质的 r 1
因此： n
r ( r ) 相对介电常数（磁导率）除了磁性物质
薄膜光学
主要授课内容
薄膜理论——光学薄膜的基础理论，分析光学 薄膜的有效方法 薄膜设计——几种典型膜系介绍 制造设备 制备工艺 薄膜材料及性质
薄 膜 光 学——基础理论
麦克斯韦方程组
微分形式 积分形式
D B 0 B E t H ( j jD )
i t 2 nx


说明在导电介质（ 0，因而k 0）是一个衰减波， 消光系数k 是介质吸收电磁波能量的度量。 时，振幅衰减到原来的1 e 2 k 【介质内产生的电流将波的能量转换为热能】 当x =