薄膜光学知识点

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 .一束入射角为鱼的光入射到厚度为di、折射率为n1的薄膜上产生的相位差为：2b=4nn1d1cos91/%；双光束强度为：r=r十r22jRR2cos26=r；+42可2cos26详细计算过程：北线门和口的干涉强度决定于它们的光程差.作白9垂直于光线门，于是，气和他的光程差/一为（4月+3。）一从图上很容易找出下列几何关系工AJJ=BO-di/coa&irAD=AQu%=%tg&.*向i%此外，根据折封定律有把上囿三式代入，得到光程差1加由CQS/.相应的相位差如果先不考虑光在界面工2上反射时的相位跃变，则当光程差为2s1a诙OOe%（m0rlf2,*+*时,将产生相长干涉;而当如旧向cos&h（2企+1）履/2（k-0,12药*,）时,将产生相消干涉.干涉强度的计算,可先迭加反射光Ti和门的振动：cos3t,，后含cos&A充），得到台振动为E=rcob（si_产=底多理4 2吃ra 皿的计#JK上和双光宗完全相用，也是先把茶动透加,再计算量度,差别仅在于，与干涉的光束由高或却辑界玄，至于计算方法Jtl以果用赛报“*为方便令/和*分别为光由折射率为&的介施射向折射率为%的介质时的凝悔反射聚散和振幅透射逑数.k和才给黑表示光的折射率为电的介质射向折射率力1的介胡时的挺幅度射茶费和振幅透射惑敢.当何和介款没存联把时，由史托克定律可知.这些置存在如下奘墓.“(L6)F-WT(1-7)这样，如果入豺光束的振幅为I,并且不考盘介地时先减的蚊收，廓各取跳时光的掾帽比，也利,俵霖为；孙啊.也T/；r如，(1月如牖，嫁透射光罩的振幡叽J如分纲为二&1%II至于苑柬之间的相位差，也是有想修的,无论在反射光京还站存透射光束中，相帮曲叱束的相似卷为由式1】为恰由.因(L反射量期的复振幅僮次为叫$，-叫岫木犷咒迭加后，丘惹光的合点振幡力rm&i+c而,“1十币Vrr。*+H加果前翼足大.用可认为反射比蛆敕目的手无句.式lw)中无分暹械等比狠数有Iirrr*1，)+*1，(1一办(1-11)我入。”外式，拌科用美系式a切和qtl带到I小*rrfm)/a+W,ML(1-13)发财把用位鳖化为Wpr；,hQ，1。时)|/式1+日+丁式1+武；，虫*纣二B期反射电疆度.典反时率制Ji-v-r*一(H卞rt+2八门+rjrl4次】门mt窗5).T4T6 .电磁场间的关系：H1=N1(kME1)光学导纳：N=rHE,这是n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:610f)610_小R=1%+?;0+118.掌握单层膜的特征矩阵公式：薄膜光学3PPT中P15-21限cosa.%1C-Rsin&cos&J2称为膜系的特征矩阵CY=CB单层膜的反射系数和反射率为：.-YD-YKr=,r=%+丫口+丫)10+丫，9.掌握多层膜的特征矩阵公式：薄膜光学3PPT中P26-29但设在前面对论的单层慎二再加上一层膜,如围这时与基宸相连沟界而为C，飞索已基底七谟层的特征短片工.8s江谆由/r口比sin房E0zsinA /COSi).cosd也f.5inL香赭将到:CDSJ85乐11斗 sindcos 3、COS)|小An良吓sin弧iq sin d/sind,/A cosd.AxfI if.I 0 Wi sinCOSJn1,小:称为该双层膜系的特征矩阵，Y=C/B则反射率为工n-1 (%-厂B_C J照该一储基施广到考厚做:如rsin6士2Xdcos=L326Requires3ormorelayers、- 中间层必须是Hhjilf-wave(n=lj&5)- 中间层计算时可作为2qnarter-wal%fi- 假设M层Alq3n=L71- 假设玻璃基底以=1.5185多层减反膜设计方法两类方法：以G/M2HUA作为初始膜系，将目标设过指标输入设计软件，同时将膜厚和折射率作为可调自变量，由计算机进行设计：缺点：常出现现有膜料无法满足预定要求),以G/M2HUA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，膜厚可射,先许计算机在三层结构无法满足要求时增加膜层数Q(缺点：层数多，厚度薄)18.红外宽带减反膜的具体设计方法。多采用遥减法设计：、(】)膜层的厚度均为21/4：(2)各膜层折射率均按照如下规律排列：廿1上11t.沟(3)可证明，只要恰当的匹配膜层的折射率,层膜就可以在k个波长位置实现零反射，此,膜层折射率应满足：n/产力=11k/忆山4(4)k个零反射点的波长分别为:222219 .单层膜的反射率计算：R=(nR/%)/(n0+ni/%)【一般不会超过50%】高反射率膜堆G/H（L/H）S/A应具有的特点？（2）介质层每层的厚度均（1）高低折射率层交替，介质膜系两边的最外层为高折射率层。为入o/420 .如何提高高反射率膜堆的反射率？对于中心波长X卜（4）二餐反射率为工/丁 /?_-可见，更大.或层数（2S+1）越多,反射事越就匚一-层裁越多，反射率可无限地接近100%.但实际上，由于膜层中吸收和散射损失.膜系达到一定层数后，反射率不再提高，甚至会下降.疆1nH/n1越大，或层数（2S+1）越多反射率越高。21 .典型的10/4高反射介质膜堆特点:四点。（1）存在一个高反射带；（2）膜层数越多，反射率稳步提高；（3）高反射带的（波数）宽度2Ag是有限的，随着层数的增加，宽度24g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。22 .展宽高反射带宽的方法？两点。屈宽京反时带的方法有茯个事膜系各层的厚度易成规则递宜或递减.膜层原度可以按算术领盆递制,也可以按几何锻数递增；对于一个工昙的膜堆.算术级数通力.l*k）,i（l*2khQHq-ljkji几何级数递端-Mktrk叫.（2） *=个、甚至多人中心没长不同的N4多隹姿堆个合叠加使中U,8H+t2H=2H,对于来说G，0.8/（如=1,2/（7）?布=5胆波153d相具有的醐性的，结果造娣个脚的高反射相建妪出现很窄的脸带，女瞟和27图2.2.3所承改善方法：在四总0网4月亿团力皿勖n层，23 .区分介质高反射膜与金属高反射膜，各自的优缺点介质高反射膜：优点：吸收几乎为零；反射率接近100%。缺点：价格昂贵、结构复杂金属高反射膜：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围；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,4、膜层软，易划伤。（2）高硬度透明膜Au、Ag与玻璃附着能力很差；3、化学稳定性差，易被环境气体腐蚀；24 .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?3/Al2OrAg- G/Cr-AuI（1）改善金属与基底的附着力，如I对金属层起到彳护作用（3）提高金属层得反射率。25 .分光膜可以分为分束膜和分色膜；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束光,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。26 .中性分束镜可分成介质中性分光镜、偏振中性分束棱镜和金属中性分光镜。27 .介质中性分光镜结构：周期性多层介质膜系（LH）S。（较高反膜相比：层数少，反射率滴（50%）28 .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。29 .如何改善分束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提高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nH与m比值或通过改变膜厚来改变nH与n_比值。30 .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围内中性较好，且机械性能与化学性能都非常好?即，选用膜层材料的折射率匹配满足布儒斯特角条件（伽/=%/%）使反射光的P分零，仅有S分量；同时透射光尽量全部为前提：1）仅适用于自然光或圆偏振光的耳性分束；（2）分出的两束光可以光强相等,但其偏振状态不同，是两束偏振方向互相垂馍铭合金（80Ni-20Cr）在较宽的光谱范围内中性较好，且机械性能与化学性能都非常好31 .截止滤光片：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（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32 .截滤光片分为吸收型、薄膜干涉型和吸收与干涉组合型。33 .列举吸收型截止滤光片，介绍其特点（优缺点）优点：材料来源广泛，如颜色玻璃、晶体、烧结多孔明胶无机和有机液体以及吸收薄膜；使用简单，对入射角不敏感；造价便宜或适中。缺点：截止波长不能随便移动。吸收型红外截止滤光片，增强绿光，增加色彩平衡，加强近红外线阻隔滤光片，适合于带有切换盒的彩色+黑白摄像机，高速公路监控车牌识别摄像机和野外测控.抗干扰强，拍摄清晰.34 .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） 高透射带的光谱宽度、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围内所许可的最大透射率。35 .干涉截止滤光片压缩通带波纹的方法?压缩波纹简单的方法:X.O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，使其等效折射率受到更接近预期值，要使这种方法有成效，则要求光洁基J低的反射率，在可见光区，玻璃是十分满意的基片材料，但是这种方法不能改就用于红外区，例如用于硅板和错板.3）更常用的方法是在多层膜的两侧（靠近基底侧和靠i射介晤值1加糖兀配屋,伸苴局其底以及入酎介质皿配.36 .L/2HL/2适合短波通，H/2LH/2适合长波通37 .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）。38 .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高真空系统？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*10-3g/cm3,即气体分子个数2.08*10:个/g,气体分子间距离3.34*10-6mm气体分子的空间密度2.68*1016个/mmL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23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，这一入射角称为布传斯特角V=上丁又根据折射定律Nsin8。=Msin夕cosa0cos0得到tan布借斯特角Nq