光学薄膜技术
光学薄膜技术第三章
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。
3.1高真空镀膜机 1•真空系统现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。
光学薄膜的发展及应用前景
光学薄膜的发展及应用前景光学薄膜是一种通过沉积一层或多层材料形成的具有特定光学性质的薄膜，广泛应用于光学器件、太阳能电池、显示器、激光器等领域。
随着科学技术的发展和对光学性能要求的不断提高，光学薄膜的研究与应用呈现出迅猛发展的趋势。
本文将从光学薄膜的发展历程、主要应用领域以及未来的应用前景等方面进行探讨。
光学薄膜的发展历程可以追溯到20世纪初，当时人们开始使用化学气相沉积法来生长薄膜，开创了现代光学薄膜技术的先河。
20世纪50年代，光学薄膜技术得到了快速发展，特别是在太阳能电池、激光器和光学涂层等方面的应用有了重要突破。
随着薄膜材料和技术的不断进步，光学薄膜的性能和应用范围也得到了大幅提升。
光学薄膜在光学器件领域广泛应用，如反射镜、透镜、窗片等。
通过合理设计和优化光学薄膜的层序和材料组成，可以实现高透射、高反射、准相位匹配等特性。
这些特性成为眼镜、相机镜头、显微镜等光学器件中不可或缺的部分，有效提高了光学系统的性能和成像质量。
此外，光学薄膜在显示器领域也发挥着重要作用。
通过在显示器背光板、滤光片和触摸屏等部件上应用光学薄膜，可以增强显示器的颜色饱和度、对比度和亮度等方面的性能。
光学薄膜的应用可以提高显示器的显示效果，提供更好的视觉体验。
光学薄膜在激光器技术中也具有广泛的应用。
激光器的工作原理要求光在谐振腔中的来回传播尽可能多的次数，而光学薄膜通过提供高反射和高透射的特性，增强了激光器的能量转换效率和光束质量。
此外，光学薄膜还可用于激光器输出功率的控制，通过调节薄膜的反射率，实现激光器功率的输出控制。
此外，光学薄膜还具有广阔的太阳能应用前景。
光伏薄膜技术是研究如何将太阳能转化为电能的一项重要技术，它能够实现更高的太阳能电池转换效率。
通过在太阳能电池上应用光学薄膜，可以提高太阳能电池对太阳光的吸收和利用效率，从而提高电池的输出功率。
同时，光学薄膜还可以提高太阳能电池的耐候性和稳定性，延长电池的使用寿命。
薄膜光学技术-1第一章 薄膜光学特性计算基础
Hi N(k0Ei) HrN(k0Er)
N0 (k0 E0i ) N0 (k0 E0r ) N1(k0 E1t )
N0E0i N0E0r N1E1t
(2)
(1)×N1-(2)得振幅反射系数:
r
E0r E0i
N0 N1 , N0 N1
(1)×N0+(2)得振幅透射系数:
t
E1t E0i
第23页
第三节 单层薄膜的反射和透射
1、等效界面
➢ 入射介质与薄膜和基底组合形成的等效介质之间的界面。
2、等效导纳
➢ 等效界面下等效介质的光学导纳
YH
➢ 等效导纳等于其所等效膜堆的组合导纳。 E
3、等效反射系数
➢等效界面的反射系数
➢ 等效界面的反射系数和反射率等于其所等效膜堆的反射系数
和反射率
r 0 Y 0 Y
1 At
(s)
p 400112
T R A 1
其中，A是能量吸收率。 对于无吸收的全介质薄膜系统
T+R=1。
1
R 2 Rs RT 1
Rp ,
1
T 2 Ts Tp
Rs Rp 1
Ts Tp 1
第21页
垂直入射
倾斜入射
R
N0 N1
T
N0
θ0
N1 a
b
θ1
r N0 N1 N0 N1
r 0 1 0 1
H0 tan= H1 tan ,
E0itan + E0rtan = E1t tan H0itan + H0rtan = H1t tan
0 1
第14页
第二节 单一界面的反射和透射
1、Fresnell’s formulae and modified admittance 振幅反射系数（菲涅耳反射系数）： rEr Ei 振幅透射系数（菲涅耳透射系数）： t Et Ei
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南在现代光学实验中，薄膜是一种广泛应用的材料，它具有许多独特的光学性质。
为了实现特定的光学设计要求，科学家们需要制备和表征各种薄膜。
本文将为您介绍光学实验技术中的薄膜制备与表征指南，帮助您更好地理解和应用薄膜技术。
一、薄膜制备技术1. 真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备技术，它通常用于金属或有机材料的蒸发。
蒸发源材料通过加热，使其蒸发并沉积在基底表面上，形成薄膜。
真空蒸发法具有简单、灵活的优点，但由于材料的有机蒸发率不同，容易导致薄膜的成分非均匀性。
2. 磁控溅射法磁控溅射法是一种通过离子碰撞使靶材溅射，并沉积在基底上的技术。
这种方法可以获得高质量和均匀性的薄膜。
磁控溅射法通常用于金属、氧化物和氮化物等无机薄膜的制备。
3. 原子层沉积法原子层沉积法（ALD）是一种逐层生长薄膜的方法，通过交替地注入不同的前驱体分子，使其在基底表面上化学反应并沉积。
这种方法可以实现非常精确的厚度控制和成分均一性。
4. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种基于溶胶和凝胶的化学反应制备薄膜的方法。
通过溶胶中的物质分子在凝胶中发生凝胶化反应，形成薄膜。
这种方法适用于复杂的薄膜材料。
二、薄膜表征技术1. 厚度测量薄膜的精确厚度对于光学性能至关重要。
常用的测量方法包括激光干涉法、原位椭圆偏振法和扫描电子显微镜等。
激光干涉法通过测量反射光的相位差来确定薄膜厚度，原位椭圆偏振法则通过测量反射光的椭圆偏振状态来推断厚度。
2. 光学性能表征光学性能包括反射率、透过率、吸收率等。
常用的表征方法有紫外可见近红外分光光度计和激光光谱仪。
通过测量样品在不同波长下的吸收或透过光强度，可以得到其光学性能。
3. 表面形貌观察表面形貌对薄膜的光学性能和功能具有重要影响。
扫描电子显微镜和原子力显微镜是常用的表面形貌观察工具。
扫描电子显微镜可以获得样品表面的高分辨率图像，原子力显微镜则可以实现纳米级表面形貌的观察。
4. 结构分析薄膜的结构分析是了解其晶体结构和晶格形貌的重要手段。
高功率激光系统中光学薄膜的现状和发展趋势
一、概述高功率激光系统在工业、医疗、军事等领域的应用日益广泛，而光学薄膜作为高功率激光系统中的重要组成部分，其性能对激光系统的稳定性和输出功率有着关键影响。
光学薄膜的研究和发展一直备受关注。
本文将针对高功率激光系统中光学薄膜的现状和发展趋势进行深入探讨。
二、光学薄膜的特点光学薄膜是一种利用膜层间的干涉作用来实现对光的衍射与透射的技术材料。
光学薄膜通常具有以下几个特点：1. 光学薄膜具有较高的透射率和反射率，能够有效地调控光的传输和反射。
2. 光学薄膜的厚度相对较小，一般在纳米级别，因此具有很好的光学性能和表面平整度。
3. 光学薄膜的材料种类丰富，可以根据具体的光学性能要求选择合适的材料进行制备。
三、高功率激光系统中光学薄膜的现状1. 现有技术目前，高功率激光系统中常用的光学薄膜材料包括二氧化硅、氟化镁、氟化铝等。
这些材料具有较好的透射性能和热稳定性，能够满足一定功率范围内的激光输出要求。
而在薄膜制备方面，常用的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等技术，能够制备出较为均匀的光学薄膜。
2. 现有问题然而，在高功率激光系统中，光学薄膜仍然面临一些挑战。
由于高功率激光系统的光强较大，薄膜材料容易受到热应力的影响，导致薄膜损伤或热转化率增加，影响激光的输出功率和稳定性。
现有的薄膜制备技术难以满足高功率激光系统对薄膜的高精度和高稳定性要求。
光学薄膜在长时间使用后容易受到气态、液态等环境因素的影响，降低了薄膜的耐久性和稳定性。
四、高功率激光系统中光学薄膜的发展趋势1. 新材料的研发为了解决现有材料在高功率激光系统中的局限性，科研人员正在积极研发新型的光学薄膜材料。
一些耐高温、高能量密度的无机材料和聚合物材料被认为具有良好的激光损伤阈值和热稳定性，能够适应高功率激光系统的需求。
纳米材料如石墨烯、二维过渡金属氧化物等也被应用到光学薄膜制备中，以提高薄膜的光学性能和稳定性。
2. 制备技术的进步随着薄膜制备技术的不断进步，高功率激光系统中光学薄膜的制备技术也在不断优化。
光学薄膜技术答案
光学薄膜技术答案
光学薄膜技术是一种通过在材料表面上沉积一层或多层薄膜，
以改变光的传播和反射特性的技术。
以下是对光学薄膜技术的详细
解释：
1. 薄膜材料选择：光学薄膜技术使用的薄膜材料通常是具有特
定光学性质的材料，如二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）等。
选择合适的材料取决于所需的光学特性和应用。
2. 薄膜沉积方法：光学薄膜可以通过多种方法进行沉积，包括
物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射沉积等。
每种
方法都有其独特的优点和适用范围。
3. 薄膜设计和优化：在设计光学薄膜时，需要考虑所需的光学
性能，如透过率、反射率、折射率等。
通过调整薄膜的结构和厚度，可以实现特定的光学效果。
优化薄膜设计可以通过计算机模拟和实
验验证来实现。
4. 薄膜应用：光学薄膜技术在很多领域都有广泛的应用，包括
光学镜片、滤光片、反射镜、光学涂层等。
光学薄膜可以改善光学
仪器的性能，提高光学系统的效率和精确度。
5. 薄膜性能测试：对光学薄膜的性能进行测试是确保其质量和
性能的重要步骤。
常用的测试方法包括透过率测量、反射率测量、
折射率测量等。
这些测试可以通过使用专业的光学测量仪器来完成。
总而言之，光学薄膜技术是一种通过在材料表面上沉积特定薄
膜来改变光的传播和反射特性的技术。
它涉及薄膜材料选择、沉积
方法、设计和优化、应用以及性能测试等方面。
这项技术在光学领
域有着广泛的应用，并为光学仪器和系统的性能提供了重要的改进
和优化。
薄膜光学技术-2-1第2章 光学薄膜膜系设计及其应用
很难实现零反
射。
b. V形减反射效
果，只能在某
个孤立波长点
实现最小反射，
0 50n0m,设计波长，中心 参波 考长 波， 长 色中性差；
8
2.1.2 双层减反射膜
目的: 克服单层膜存在的两个问题.
1. 双层 0 4 膜堆
分析:
由单层0
4 增透膜的反射率计算公式
R n 0 Y 2n 0 Y 2
20
C 替代层技术 等效定律
任意一个周期性对称膜系都存在一个 单层膜与之等效。
等效折射率就是基本周期的等效折射 率；等效相位厚度等于基本周期的等 效相位厚度的周期数倍。
T 0 1 1 R 1R 1 2R 2,
4 R F 1 R 2,R R 1 R 2
n2=2.05
n3=1.71 ns=1.52
R1 R2
1 2 2 2 n 2 d 2 1 2 2 2 4 0 1 2 2 2 0
R1min
2.051.382 2.051.382
G/2HL/A
缺点： 明显的反 射峰（中 心波长）
13
2.1.3 多层减反射薄膜的设计
目的：实现更宽波段更低的剩余反射率。
多层膜的基础是三
层增透膜堆
。
更多层GM 的2增H透L膜A堆大多
是以此三层增透膜堆为
雏形改良发展而成。
GM2HLA
母膜系
14
n0=1
n1=1.38
T T 01 F si2 n
层膜都低。
18
2. GM2HLA的调优方法
——各层膜参数对膜系总体性能的影响规律: a. 改变(N2 d2)，可使T移到不同的波长； b. 改变N1 、 N3 、 d1 、 d3 、中任何一个，可 改变减反射带宽（波段宽度）和T-λ曲线波形。
光学薄膜技术
光学薄膜技术
光学薄膜技术是一种广泛应用于科研、工业、医疗、航空、航天、国防等多个领域的技术，它主要涉及成像光学系统应用和非成像光学系统应用两个方面，可以实现光谱选择、光能量增强以及色差均衡等。
随着应用领域的不断拓展，光学薄膜技术已经发展成为一门独立的专业技术。
在成像光学系统应用方面，各种空间相机、光谱仪、望远镜等的不断开发和应用为光学薄膜技术的发展拓展出了更加广阔的应用领域，如红外光学薄膜在卫星遥感、导航等方面的应用，窄带超窄带滤光片在新一代空间光学遥感仪中的应用等。
非成像光学系统应用则主要实现光谱选择、光能量增强以及色差均衡等。
例如，光谱选择可以用于卫星遥感、国土资源探测、海洋探测等领域；光能量增强可以用于提高照明、显示等领域的光效；色差均衡可以用于改善视觉效果、提高颜色质量等。
随着空间技术的不断发展，对地观测与空间探测等遥感探测技术成为空间技术的主要发展方向，主要包括气象观测、国土资源探测、海洋探测等。
这些领域的应用对光学薄膜的影响逐渐得到了重视和研究，已发展出了空间光学薄膜技术。
总之，光学薄膜技术是一种古老而又新型的光学技术，它有着广泛的应用前景和不断拓展的应用领域，同时也有着不断深入的研究和发展。
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光学薄膜概论
光学薄膜
光学薄膜泛指在光学器件或光电子元器件表面用物理化学等方法沉积的、利用光的干涉现象以改变其光学特性来产生增透、反射、分光、分色、带通或截止等光学现象的各类膜系。
它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。
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。
光学薄膜的基本原理:
1.利用光线的干涉效应，当光线入射於不同折射系数物质所镀成的薄膜，产生某种特殊光学特性。
分类：光学薄膜就其所镀材料之不同，大体可分为金属膜和非金属膜。
a.金属膜：主要是作为反射镜和半反射镜用。
在各种平面或曲面反射镜，或各式稜镜等，都可依所需镀上Al、Ag、Au、Cu等各种不同的材料。
不同的材料在光谱上有不同的特性。
AI的反射率在紫外光、可见光、近红外光有良好的反射率，是镀反射镜最常使用的材料之一。
Ag膜在可见光和近红外光部份的反射率比AI膜更高，但因其易氧化而失去光泽，只能短暂的维持高反射率，所以只能用在内层反射用，或另加保护膜。
b.非金属膜:用途非常广泛，例如抗反射镜片．单一波长滤光片、长或短波长通过滤光片、热光镜、冷光镜、各种雷射镜片等，都是利用多种不同的非金属材料，蒸镀在研磨好之镜杯上，层数由单层到数十、百层不等，视需要的不同，而有不同的设计和方法。
目前这些薄膜中被应用得最广泛，最商业化，也是一般人接触到最多的，就是抗反射膜。
例如眼镜、照相机镜头、显微镜等等都是在镜片上镀抗反射膜。
因为若是不加以抗反射无法得到清晰明亮的影像了，因此如何增加其透射光线就是一个非常重要的课题。
2.利用光波干涉原理，在镜片的表面镀上一层薄膜，厚度为1/4 波长的光学厚度，使光线不再只被玻璃—空气界面反射，而是空气—薄膜、薄膜—玻璃二个界面反射，因此产生干涉现象，可使反射光减少。
若镀二层的抗反射膜，使反射率更低，但是镀一层或二层都有缺点：低反射率的波带不移宽，不能在可见光范围都达到低反射率。
1961年Cox、Hass和 Thelen 三位首先发表以1/4一1/2一1/4波长光学厚度作三层抗反射膜可以得到宽波带低反射率的抗反射膜。
多层抗反射膜除了宽波带的，也可做到窄波带的。
也就是针对其一波长如氨氟雷射632.8nm波长，要求极高的透射，可使63Z.8nm这一波长透射率高达99.8%以上，用之於雷射仪器。
但若需要对某一波长的光线有看极高的反射率需要用高低不同折射系数的材料反覆蒸镀数十层才可达到此效果。
光学薄膜的制造方式：热电阻式、电子枪式和溅射方式。
最普通的方式为热电阻式，是将蒸镀材料在真空蒸镀机内置於电阻丝或片上，在高真空的情况下，加热使材料成为蒸气，直接镀於镜片上。
由於有许多高熔点的材料，不易使用此种方式使之熔化、蒸镀。
而以电子枪改进此缺点，其方法是以高压电子束直接打击材料，由於能量集中可以蒸镀高熔点的材料。
另一方式为溅射方式，是以高压使惰性气体离子化，打击材料使之直接溅射至镜片，以此方式
所作薄漠的附著力最好
应用及市场前景:
光电信息产业中最有发展前景的通讯、显示和存储三大类产品都离不开光学薄膜，如投影机、背投影电视机、数码照相机、摄像机、DVD，以及光通讯中的DWDM、GFF滤光片等，光学薄膜的性能在很大程度上决定了这些产品的最终性能。
光学薄膜正在突破传统的范畴，越来越广泛地渗透到从空间探测器、集成电路、生物芯片、激光器件、液晶显示到集成光学等各学科领域中，对科学技术的进步和全球经济的发展都起着重要的作用，研究光学薄膜物理特性及其技术已构成现代科技的一个分支——薄膜光学。
光学薄膜技术水平已成为衡量一个国家光电信息等高新技术产业科技发展水平的关键技术之一。