南京理工大学光电薄膜光学镀膜设计过程word文档
光学薄膜的设计与制备
光学薄膜的设计与制备光学薄膜在现代光学技术中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于太阳能电池、摄像机镜头、显示器、激光器等领域。
本文将介绍光学薄膜的设计与制备过程，以及相关的技术和应用。
一、光学薄膜的设计光学薄膜的设计是一个复杂而精确的过程。
首先，需要通过理论计算和模拟来确定薄膜所需的厚度和折射率。
这些参数将决定薄膜的色散特性和反射率等光学性质。
设计师通常使用多层堆叠薄膜的方法，以达到所需的效果。
其次，设计师还需要考虑到薄膜的物理性质和制备过程中的可行性。
薄膜材料的选择、表面处理和涂覆工艺等都会对薄膜的性能产生影响。
因此，设计师需要充分了解材料的光学特性和制备工艺的要求，以做出合理的设计。
在设计过程中，光学薄膜设计软件和模拟工具是不可或缺的。
这些工具可以提供各种参数和性能的优化结果，帮助设计师快速准确地完成薄膜设计。
然而，设计师的经验和专业知识也是至关重要的，只有结合理论和实践，才能得到最佳的设计方案。
二、光学薄膜的制备光学薄膜的制备是将设计好的薄膜转化为实际的产品的过程。
制备过程通常包括蒸发、溅射、离子束沉积等技术。
这些技术可以在真空环境中进行，以确保薄膜的质量和一致性。
蒸发是较为常用的制备技术之一。
通过将材料加热至其沸点，使其从固态直接转化为蒸汽，并在基底表面沉积。
溅射是另一种常用的制备技术，它通过离子轰击或电子轰击材料，将其溅射到基底表面。
离子束沉积则利用离子束的能量来沉积薄膜材料。
无论采用何种制备技术，控制薄膜的厚度和质量都是非常重要的。
制备过程中的参数如沉积速率、温度和压力等都需要严格控制。
此外，表面处理也是保证薄膜性能和附着力的重要步骤，常见的表面处理方法包括清洗、消除污染和表面活性剂处理等。
三、光学薄膜的应用光学薄膜在多个领域中都有广泛的应用。
其中，太阳能电池是一个重要的应用领域。
通过设计和制备透明导电薄膜和光学增透膜，可以提高太阳能电池的光吸收效率和光电转换效率。
另外，光学薄膜在光学仪器和电子器件中也有重要作用。
光学薄膜的设计和制备方法
光学薄膜的设计和制备方法光学薄膜是光学器件中不可缺少的一部分，广泛应用于光学传感、滤波、反射、透镜等领域。
在光学薄膜的设计和制备过程中，需要考虑材料特性、光学性能和制备方法等多方面因素。
一、材料特性对光学性能的影响光学薄膜的材料一般选用高折射率和低折射率的材料配对，以实现反射或透过特定波长的光线。
材料的物理衰减系数、化学稳定性和导热性等特性也会影响光学薄膜的性能。
以二氧化钛和氧化硅为例，二氧化钛的折射率较高，可用于制备具有高反射率的反射镜；而氧化硅的折射率较低，可用于制备具有低反射率的透过镜。
此外，二氧化钛具有良好的光学透过性和高化学稳定性，氧化硅则具有较高的防腐蚀性和导热性能。
二、光学薄膜的设计方法光学薄膜的设计方法主要是根据光线的干涉原理，通过计算和优化得到具有特定波长反射或透过性能的光学薄膜。
常见的设计方法包括平均反射率法、单片分析法和基于一致曲率法的设计方法。
平均反射率法是光学薄膜设计的经典方法，主要是通过实验计算平均反射率和波长之间的关系，再根据反射率的周期性，通过优化镀膜层数和材料厚度实现所需的反射率曲线。
单片分析法是通过计算单个薄膜层的反射和透射性能，逐层建立光学薄膜的分析模型，通过优化每一层的厚度和材料类型，最终得到所需的光学性能。
基于一致曲率法则是通过保持每个薄膜层在不同材料变化时的曲率一致，得到高光学性能的薄膜堆。
三、光学薄膜的制备方法光学薄膜的制备方法一般有物理气相沉积法、溅射法、化学气相沉积法和离子束法等多种。
制备过程中需要保持高真空度，控制薄膜层的厚度和材料成分，以实现所需的光学性能。
物理气相沉积法通过热蒸发或电子轰击的方式，将材料原子蒸发到空气中，随后在基片表面沉积形成光学薄膜。
该方法具有高制备速度和制备厚膜的优点，适用于制备大面积的光学薄膜。
溅射法是采用离子轰击或弧放电方法将靶材表面的原子反弹向基片表面，形成薄膜。
该方法制备薄膜质量较高，制备的薄膜厚度和制备的薄膜材料范围广泛，但是生产的成本较高。
薄膜光学技术详解演示文稿
→ P ~ 1.5 103 Pa
p
1 nmv 2 3
nk BT
第13页，共48页。
2. 真空镀膜机
第14页，共48页。
真空系统
热蒸发系统
阻蒸 电子枪 膜厚控制系统 光电膜厚仪 石英晶体膜厚仪
第15页，共48页。
ห้องสมุดไป่ตู้
3.2 真空获得与检测
第16页，共48页。
3.2.1 真空泵
1.真空与真空泵
④.过冷凝器（Polycold):
置于真空室的水分子捕集器（液态N制冷），用于补偿由“前 级泵+油扩散泵”组成的系统不能抽水蒸气的缺陷。
第42页，共48页。
3.2.3、真空测量
1.热电偶真空计
——以某一中间变量 与气体压强的关系为依据 的间接测量。
热电偶真空计
1）. 结构：
Pt-铂灯丝; A，B-热偶丝;
②.值得注意的问题
A. 油扩散泵既不能直接抽大气，也不能直接向大气中排气； B.油扩散泵必须在有水冷的条件下使用。
第30页，共48页。
5. 罗茨泵
1). 罗茨泵的分类
罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转 式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变 而来的。
直排大气的低真空罗茨泵； 中真空罗茨泵（又称机械增压泵）；
第5页，共48页。
3.1 真空及真空镀膜机
“真空”是干法镀膜的基础，是光学镀膜机的基础。 本节将解答下列问题：
PVD为什么要在真空中进行？ 真空用哪些参数计量？ PVD所需要的真空条件是如何确定的？
真空如何获得？
第6页，共48页。
1、真空基础
（1）PVD与真空
1）. 热蒸发工艺过程：
第7页，共48页。
光学镀膜膜系设计
光学镀膜膜系设计光学镀膜是一种将硅、氮、氧和金属等材料通过真空蒸发、溅射或化学反应等方式沉积在光学器件表面的制造技术，以改善或增强光学器件的传输、反射、吸收或分散光线的特性。
在现代光学领域中，光学镀膜已成为一种广泛应用的技术，可用于制造各种光学器件，如分光镜、反射镜、磨镜片、滤光片等。
在设计光学镀膜膜系时，需要考虑的因素较多，包括基片类型、材料选择、厚度分配、膜层结构和沉积方法等。
下面将对这些因素进行详细说明。
1、基片类型基片是进行光学镀膜的基础，因此选择合适的基片类型对光学器件的性能与质量至关重要。
一般来说，可以选择的基片有玻璃、晶片、塑料等。
玻璃基片是光学器件最常用的基片材料，其优点是表面平整、稳定、化学惰性好，不易变形与老化。
而晶片基片则适用于高精度镜片，如石英晶体、纳米结构膜等，其优点是在某些高精度应用中具有特殊的物理和化学性质。
塑料基片则通常用于低成本的光学器件制造。
2、材料选择光学镀膜所用的材料应满足以下条件：在适当的波长下吸收低、折射率与透明度、化学惰性和而且结构稳定。
常用于光学镀膜的材料包括置换锗、锗氧化物、氧化铝、氮化硅、氧化硼等非金属元素材料，以及金属元素材料，如铬、钴、铜、铝、银、金、钛等。
在选择材料时，还需要考虑其沉积方式、化学性质、物理特性以及与基片的化学反应等因素。
3、厚度分配膜层的厚度是光学器件性能的重要因素之一。
膜层的厚度分配应考虑到所需的光学性能和机械性质之间的平衡。
通常情况下，不同波长下的光波反射和透射性能要求不同，因此膜层的厚度分配也不同。
在设计膜层厚度分配时，应还需考虑复合反射膜的加工容差。
4、膜层结构膜层结构也是光学器件性能的重要因素之一。
膜层的结构可以通过控制沉积速度、厚度、材料选择、沉积温度、气氛等参数来实现。
最常用的膜层结构包括单层、多层、反射镜、吸收体和复合反射膜。
不同的膜层结构可以产生不同的光学特性，因此，需要根据实际需求选择适当的膜层结构。
5、沉积方法在光学镀膜膜系设计中，还需要考虑沉积方法的选择。
南京理工大学科技成果——高损伤阈值光学介质膜
南京理工大学科技成果——高损伤阈值光学介质膜成果简介：
光学薄膜的激光损伤是影响高功率激光器提高激光输出功率的关键因素之一。
光学薄膜的激光损伤不仅降低激光的输出质量，造成光束波前和相位畸变，而且调制激光光束，对激光器造成灾难性损坏。
随着对激光器输出功率要求的不断提高，相应的光学元件要求承受的激光通量也越来越大。
提高光学元件激光通量承受能力即提高激光损伤阈值是目前急需解决的提问。
限制光学元件激光损伤阈值的瓶颈是膜层的损伤阈值尤其是高反射膜损伤阈值。
目前提高损伤阈值的途径主要有以下几种：（1）改善镀膜工艺，（2）寻找具有更高损伤阈值的镀膜材料，（3）膜层激光预处理等。
为了真正能实现损伤阈值有质的提高，必须突破现有的膜系结构设计理论体系或框架；同时也必须探索损伤的机理，研究新工艺和技术。
只有这样才有可能大幅度地提高膜系的损伤阈值。
本技术就是要提高光学薄膜的激光损伤。
项目水平：国内领先
成熟程度：样机
合作方式：合作开发、专利许可、技术转让、技术入股。
光学镀膜工艺指导
光学镀膜设备简介
2-1-2-1-1电子枪加热优点和缺点 优点：经设计旋转式坩埚机制,可以蒸镀不同靶材材料的多层膜膜层。 可适当微调电子束轰击位置, 大幅提高膜层厚度的均匀性，可蒸发 高熔点的材料。
缺点：电子枪需要大量的电能消耗,因为需要使用10000~15000 伏特的电压持续数个小时,导致电子枪蒸镀系统,所耗的能量高于其 它方法。
光学镀膜设备简介
2-1-2-2阻蒸系统
阻蒸原理是使用电极通过高电流加热 钨舟或钨丝……，使其加热到欲蒸镀 靶材的蒸发温度，靶材将徐徐蒸發， 靶材蒸发而后冷却，凝結于基材上面 形成膜层。 阻蒸优点：蒸镀膜层较厚的金属膜 速率比电子枪要高，电阻式蒸镀机设 备价格便宜,构造简单容易维护 。 缺点：热阻式蒸镀比较适合金属材料 的靶材,光学镀膜常用的介电质 (dielectric)材料,因为氧化物所需熔 点温度更高,大部分都无法使用电阻 式加温来蒸发。蒸镀的膜层硬度比较 差,密度比较低 。
光学镀膜 AR coating工艺指导
熒茂科技有限公司
MILDEX Tech Inc 工程一部
工艺简介目录
1-光学镀膜原理 2-光学镀膜设备简介 3-镀膜靶材介绍 4-ARcoating 原理 5-ARcoating的设计方法
.
光学镀膜原理
1-1光学镀膜之真空镀膜：
1-1-1真空镀膜主要指一类需要在较高真空度下进行的镀 膜，具体包括很多种类，包括真空离子蒸发，磁控溅射，MBE 分子束外延，PLD激光溅射沉积等很多种。主要有两类分成蒸 发和溅射两种。 需要镀膜的被成为基片，镀的材料被成为靶材或药材。 基片与靶材同在真空腔中。
体至低真空状态- 760~1 torr， 随着罗茨帮浦(F辅助帮浦)打开， 两组帮浦同时抽气至中真空1~10-3 torr，系统中设定一个中真空转高 真空的真空值，待中真空达到设定值时， 将会有个转换高真空的过程，关闭底阀， （DP）扩散帮浦会自动打开，高阀开启 三组帮浦同时抽气将达到所需要的高真空度： 高真空度(high) 10-4~10-7 torr。
如何制备与研究光学薄膜
如何制备与研究光学薄膜光学薄膜是一种将光传递、反射或吸收的功能性材料，广泛应用于光学器件、太阳能电池、显示器等领域。
本文将介绍光学薄膜的制备与研究方法，帮助读者了解光学薄膜的基本原理和操作步骤。
1. 光学薄膜的基本原理光学薄膜的基本原理是利用不同介质之间的折射率差异和干涉效应来实现特定的光学性能。
通过控制薄膜的材料、厚度和结构，可以实现光的反射、透射和吸收等不同的光学效应。
2. 光学薄膜的制备方法2.1 物理蒸发法物理蒸发法是一种常用的制备光学薄膜的方法。
它通过将制备材料加热至蒸发温度，使其蒸发并在基底表面沉积形成薄膜。
物理蒸发法适用于制备金属薄膜和一些无机材料薄膜。
2.2 化学气相沉积法化学气相沉积法是利用化合物气体的分解反应来制备光学薄膜的方法。
这种方法通常需要较高温度和特定的反应条件。
化学气相沉积法适用于制备氧化物、氮化物和碳化物等复杂化合物的薄膜。
2.3 溅射法溅射法是一种常用的制备薄膜的方法，它通过将靶材进行物理或化学击打，使靶材表面的原子或分子释放出来并沉积在基底上形成薄膜。
溅射法适用于制备金属、合金和氧化物等各种材料的薄膜。
3. 光学薄膜的研究方法3.1 光谱特性分析光学薄膜的光谱特性分析是研究薄膜光学性能的重要手段。
常用的光谱特性分析方法包括透射光谱、反射光谱和椭偏光谱等。
通过测量薄膜在不同波长下的光学特性，可以研究薄膜的折射率、吸收系数和厚度等参数。
3.2 表面形貌表征表面形貌表征是研究薄膜表面结构和形貌的重要方法。
常用的表面形貌表征技术包括扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射等。
通过观察薄膜表面的形貌和结构，可以了解薄膜的光学性能和制备质量。
3.3 光学薄膜性能评估光学薄膜性能评估是评价薄膜光学性能的重要方法。
常用的性能评估指标包括透射率、反射率、光学吸收系数和薄膜的机械性能等。
通过对这些指标的测量和分析，可以评价薄膜的光学透明性、耐久性和应用性能。
4. 光学薄膜的应用领域光学薄膜在许多领域都有广泛的应用。
光学薄膜膜系设计
光学薄膜膜系设计光学薄膜膜系设计是一项关键的技术，旨在通过优化薄膜层的结构和材料，达到特定的光学性能。
光学薄膜在眼镜、液晶显示器、太阳能电池等领域起着重要的作用。
本文将介绍光学薄膜膜系设计的基本原理和常用方法，并以太阳能电池为例进行详细阐述。
在光学薄膜膜系设计中，常用的方法包括布拉格条件法、计算机辅助设计和光学膜层堆积生长技术等。
布拉格条件法是光学薄膜设计的基础理论，根据布拉格干涉条件，通过对薄膜层结构、光波长和入射角度等因素的优化，可以实现特定的光学性能。
布拉格条件法主要应用于光学薄膜的波长选择和色彩滤光器的设计。
计算机辅助设计是一种基于计算机模拟的方法，通过数值计算和优化算法，快速确定最佳的薄膜层结构和参数。
这种方法可以通过遗传算法、蒙特卡洛模拟等算法，对大量的设计空间进行，得到最优解。
计算机辅助设计主要应用于复杂的多层膜结构和非均匀膜厚的设计。
光学膜层堆积生长技术是指通过物理气相沉积或溅射等方法，在基底上逐层生长所需的薄膜材料。
这种技术可以实现高质量的薄膜层，并且可以控制薄膜层的厚度和组分。
光学膜层堆积生长技术主要应用于光学反射镜和透明导电薄膜的制备。
以太阳能电池为例，光学薄膜膜系设计在提高太阳能电池的转换效率、增强光吸收和抗反射等方面起着重要的作用。
在太阳能电池中，常用的光学薄膜包括透明导电薄膜、抗反射膜和光学增透膜等。
透明导电薄膜是太阳能电池的关键组件之一，用于收集和输送光电池产生的电子。
常见的透明导电薄膜材料包括氧化锌、氧化铟锡等。
在设计透明导电薄膜时，需要考虑电导率和透明度的平衡，以达到最佳的光电转换效率。
抗反射膜是为了减少太阳能电池上的反射损失，提高对太阳光的吸收。
常见的抗反射膜材料包括氧化硅、氮化硅、二氧化硅等。
在设计抗反射膜时，需要根据太阳光的光谱分布和太阳能电池的工作波长范围，选择合适的材料和膜层厚度，来实现最佳的抗反射效果。
光学增透膜可以提高太阳能电池对特定波长范围内光的吸收。
光学镀膜设计
为了减少表面反射光．最简单的途径是在玻璃表面上镀一层低折射率的薄膜．如图2-1所示，在界面1和2上的振幅反射系数为r1和r2：从矢量图上可以看到，舍振幅矢量r随着r1和r2之间的夹角而变化．合矢量端点的轨迹为一圆周．当膜层的光学厚度为某一波长的四分之一时，则两个矢量的方向完全相反，合矢量成为最小．这时如果矢量的模相等，则对该波长而言，两个矢量将完全抵消，出现零反射率．欲使|r1|=|r2|，则有：如果n0=1，则有n1=sqr(n2),目此，理想的单层增遗膜的条件是，膜层的光学厚度为四分之一波长．其折射率为入射介质和基片折射率乘积的平方根。
在可见区，使用得最普遍的是折射率为1.62左右的冕脾玻璃．理想的增透膜的折射率为1.28，但是至今能利用的薄膜的最低折射率是1.38(氟化镁)．这虽然不很理想，但也得到了相当的改进．非理想情形的最低反射率，也可以用特征矩阵简单地算出．对于中心波长:因而：当n2=1.52，n1=1.38，n0=1时，由上式可得最低反射率为1%，即对于折射率为1.52的玻璃，镀单层氟化镁后，中心波长的反射率从4.2%为降至1.3%为左右．整个可见区平均反射率约为1.5%．同样可计算出，对于折射率为1.65的基片，中心波长的表面反射从6%降至0.5%左右，可见区的平均反射率约为0.96%.显然，愈是接近于满足n1=sqr(n2)的条件的折射率较高的玻璃，中心波长的增透效果愈显著．图2-2显示对于不同基片材料的单层氟化镁减反射膜的分光反射率曲线。
以上仅仅考虑了垂直入射的情况．在倾斜入射时，情况与上述相类似，只是膜层的有救厚度减小了，因而最低反射的渡长更短些．同时应该用更普遍的修正导纳来代替折射率．由于P-分量和S-分量的修正导纳不同，所以偏振效应是一目了然的．计算表明，对于不大于石50o的入射角，反射率随入射角的增加可以忽略。
单层增透膜的出现，在历史上是一个重大的进展。
直至夸天仍广泛地用来满足一些简单的用途。
光电薄膜相机镀膜
来自胶片厂家信息，希望设计新概念的高性能多 层膜镜头，便于进一步发挥胶片潜力。最近的胶 片与以往比较已有明显改进。从照相机厂知悉： 新的胶片最适宜使用新型镜头，这意味着应推荐 摄影师尽量使用新型多层镀膜镜头。
真空镀膜 1.常温常压下，空气中活性分子与膜层等反应，
易形成杂质 2.常压时，气体分子密度太高，蒸发膜料无法
直接到达被镀件 3.被镀膜层材料容易蒸发 4真空下易获得高纯镀膜，成膜速度快
镀膜的种类 这些膜的功用各有不同，大致可分为七大类：
增透膜、反光膜、滤光膜、偏振膜、保护膜和电 热膜。
镀膜工艺过程
复使用的东西，当空气中有极细小的砂粒或硬物沉积 在上面时，再次使用时会把膜刮伤。
The end !
谢谢！
真空镀制光学薄膜的基本工艺过程：
清洁零件→清洁真空室／装零 件→抽真空和零件加温→膜厚仪调整 →离子束轰击→膜料预熔→镀膜→镀 后处理→检测
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
真空镀膜机
透过量
反射光占入射光的百分比取决于镜片材料的 折射率，可通过反射量的公式进行计算。
反射量公式： R=（n-1）2/（n+1）2
R：镜片的单面反射量n：镜片材料的折射率
上都有这么多被反射和吸收，那么，光线
穿过透镜片组到达焦平面是非常少的，也 就是说光线在穿透镜头时被严重损失了。
为了提高镜头的透光率和影像的质量，在现 代镜头制造工艺上都要对镜头进行镀膜。
镀减反射膜技术 有机镜片镀膜技术的难度要比玻璃镜片高。
玻璃材料能够承受300℃以上的高温，而有机镜 片在超过100℃时便会发黄，随后很快分解。可 以用于玻璃镜片的减反射膜材料通常采用氟化镁 但由于氟化镁的镀膜工艺必须在高于200℃的环 境下进行，否则不能附着于镜片的表面，所以有 机镜片并不采用它。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4、优化结果
二、分光膜消偏振
1、加介质膜
2、消偏振结果
（1）消偏振前
（2）消偏振后
【二】增透膜设计
1、环境设定
2、膜系公式
3优化
（1）单点优化
（2）连续优化
4优化结果
（注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
薄膜光学镀膜设计作业
学院：电子工程与光电技术学院
专业：光电信息工程
学号：
姓名：
指导老师：
完成时间：2012年4月
题目：
设计pt中性分光膜，45度入射，在可见光波段380--780nm，前表面分光，后表面增透。
【一】中性分Байду номын сангаас膜设计过程：
一、cr中性分光膜的优化设计：
1、环境设定：
2.膜系公式
3.优化
（1）单点优化