光学基础知识及光学镀膜技术
光学镀膜的概念
光学镀膜的概念光学镀膜是指在透明基底表面上，利用物理气相沉积技术，对材料表面进行一层薄膜涂覆，以改变材料光学性能的过程。
这种涂覆过程可以控制光的反射、透射和折射等特性，来达到吸收或反射特定波长的光线，扩大折射率范围和增加光学成像清晰度等效果。
光学镀膜的原理基于薄膜光学，即通过控制光线在薄膜内的传播路线来达到需要的光学效果。
它主要分为三类，单层反反射膜、多层反射膜和分列镀膜。
其中，单层反反射膜是在透明基底的表面涂覆一层光学材料来减少反射光损失，提高透过率。
多层反射膜是在基底上涂覆多层具有不同折射率材料的薄膜，来实现所需的光学效应。
分列镀膜是将一种材料在两个基底之间多次镀膜。
通过这种方式来实现减少反射光、增加透射光、增加折射率、实现滤波等目的。
对于光学镀膜的制作过程，典型步骤包括基底清洗、热处理、预镀层和主镀层。
首先，将基底放入清洗槽内进行表面清洗，以去除表面的杂质和氧化物等，然后进行热处理，使基底表面更加平整和光滑。
接着，为了增加薄膜的附着力和稳定性，需要先将一层均匀的预镀层覆盖在基底表面，然后通过主镀层不断重复沉积热蒸发或溅射等工艺，来制备出不同材料组成和厚度的涂层。
光学镀膜具有广泛的应用场景，主要用于军事、航空、航天、医疗、仪器仪表、通信系统等领域。
它可以使双眼望远镜、光纤连接器、太阳能电池板、激光器等设备的性能得到优化。
在医疗领域，光学镀膜技术可以制备出高质量的光学镜片、显微镜和指纹检测器等设备，用于病症的检测和治疗等方面。
总之，光学镀膜技术是一种高精度、高效率的制备技术，具有重要的实际应用前景。
未来，光学镀膜技术可能会得到更广泛的应用，来实现更多的科技发展和产业升级目标。
光学镀膜技术
光学镀膜技术光学薄膜在我们的生活中无处不在,从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用;比方说,平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品,或者是钞票上的防伪技术,皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸.倘若没有光学薄膜技术作为发展基础,近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展,这也显示出光学薄膜技术研究发展的重要性.今天为大家带来的是光学镀膜的应用原理.一、光学薄膜的定义光学薄膜的定义是:涉及光在传播路径过程中,附着在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层,通过分层介质膜层时的反射、透(折)射和偏振等特性,以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或偏振分离等各特殊形态的光.光学薄膜系指在光学元件或独立基板上,制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合,以改变光波之传递特性,包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变.故经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率,亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性.一般来说,光学薄膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工艺.所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中,例如真空蒸镀是在一真空环境中,以电能加热固体原物料,经升华成气体后附着在一个固体基材的表面上,完成涂布加工.日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜,就是以干式涂布方式制造的产品.但是在实际量产的考虑下,干式涂布运用的范围小于湿式涂布.湿式涂布一般的做法是把具有各种功能的成分混合成液态涂料,以不同的加工方式涂布在基材上,然后使液态涂料干燥固化做成产品.二、薄膜干涉原理1、光的波动性19世纪60年代,美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论,指出光是一种电磁波,使波动说发展到了相当完美的地步.由光的波粒二象性可知,光同无线电波、X射线、一样都是电磁波,只是它们的频率不同.电磁波的波长λ、频率u和传播速率V三者之间的关系为:V=λu由于各种频率的电磁波在真空中的传播速度相等,所以频率不同的电磁波,它们的波长也就不同.频率高的波长短,频率低的波长长.为了便于比较,可以按照无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽玛射线等的波长(或频率)的大小,把它们依次排成一个谱,这个谱叫电磁波谱.在电磁波谱中,波长最长的是无线电波,无线电波又因波长的不同而分为长波、中波、短波、超短波和微波等.其次是红外线、可见光和紫外线,这三部分合称光辐射.在所有的电磁波中,只有可见光可以被人眼所看到.可见光的波长约在0.76微米到0.40微米之间,仅占电磁波谱中很小的一部分.再次是X射线.波长最短的电磁波是y射线.光既然是一种电磁波,所以在传播过程中,应该表现出所具有的特征---干涉、衍射、偏振等现象.2、薄膜干涉薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层.入射光经薄膜上表面反射后的第一束光,折射光经薄膜下表面反射,又经上表面折射后得第二束光,这两束光在薄膜的同侧,由同一入射振动分出,是相干光,属分振幅干涉.若光源为扩展光源(面光源),则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉,故属定域干涉.对两表面互相平行的平面薄膜,干涉条纹定域在无穷远,通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察;对楔形薄膜,干涉条纹定域在薄膜附近.实验和理论都证明,只有两列光波具有一定关系时,才能产生干涉条纹,这些关系称为相干条件.薄膜的相干条件包括三点:两束光波的频率相同;束光波的震动方向相同;两束光波的相位差保持恒定.薄膜干涉两相干光的光程差公式为:Δ=ntcos(α)±λ/2式中n为薄膜的折射率;t为入射点的薄膜厚度;α为薄膜内的折射角;λ/2是由于两束相干光在性质不同的两个界面(一个是光疏介质到光密介质,另一个是光密介质到光疏介质)上反射而引起的附加光程差.薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等.光是由光源中原子或分子的运动状态发生变化辐射出来的,每个原子或分子每一次发出的光波,只有短短的一列,持续时间约为10亿秒对于两个独立的光源来说,产生干涉的三个条件,特别是相位相同或相位差恒定不变这个条件,很不容易满足,所以两个独立的一般光源是不能构成相干光源的.不仅如此,即使是同一个光源上不同部分发出的光,由于它们是不同的原子或分子所发出的,一般也不会干涉.三、光学薄膜特点分类主要的光学薄膜器件包括反射膜、减反射膜、偏振膜、干涉滤光片和分光镜等等,它们在国民经济和国防建设中得到广泛的应用,获得了科学技术工的日益重视.例如采用减反射膜后可使复杂的光学镜头的光通量损失成十倍的减小;采用高反射膜比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高;利用光学薄膜可提高硅电池的效率和稳定性.最简单的光学薄膜模型是表面光滑、各向同性的均匀介质膜层.在这种情况下,可以用光的干涉理论来研究光学薄膜的光学性质.当一束单色光平面波入射到光学薄膜上时,在它的两个表面上发生多次反射和折射,反射光和折射光的方向有反射定律和折射定律给出,反射光和折射光的振幅大小则由菲涅尔公式确定.光学薄膜根据其用途分类、特性与应用可分为:反射膜、增透膜/减反射膜、滤光片、偏光片/偏光膜、补偿膜/相位差板、配向膜、扩散膜/片、增亮膜/棱镜片/聚光片、遮光膜/黑白胶等.相关衍生的种类有光学级保护膜、窗膜等.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.实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多.这是因为:制备时,薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料,起表面和界面是粗糙的,从而导致光束的漫反射;膜层之间的相互渗透形成扩散界面;由于膜层的生长、结构、应力等原因,形成了薄膜的各种向异性;膜层具有复杂的时间效应.反射膜一般可分为两类,一类是金属反射膜,一类是全电介质反射膜.此外,还有将两者结合的金属电介质反射膜,功能是增加光学表面的反射率.一般金属都具有较大的消光系数.当光束由空气入射到金属表面时,进入金属内的光振幅迅速衰减,使得进入金属内部的光能相应减少,而反射光能增加.消光系数越大,光振幅衰减越迅速,进入金属内部的光能越少,反射率越高.人们总是选择消光系数较大,光学性质较稳定的金属作为金属膜材料.在紫外区常用的金属膜材料是铝,在可见光区常用铝和银,在红外区常用金、银和铜,此外,铬和铂也常作一些特种薄膜的膜料.由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能,所以必须用电介质膜加以保护.常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等.金属反射膜的优点是制备工艺简单,工作的波长范围宽;缺点是光损大,反射率不可能很高.为了使金属反射膜的反射率进一步提高,可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层,组成金属电介质反射膜.需要指出的是,金属电介质射膜增加了某一波长(或者某一波区)的反射率,却破坏了金属膜中性反射的特点.。
不同光学镀膜方式的比较
不同光学镀膜方式的比较标题：不同光学镀膜方式的比较导言：光学镀膜是一种广泛应用于光学元件制造的技术，它能够改善光学元件的透过率、反射率和耐用性。
然而，有多种光学镀膜方式可供选择，每种方式都具有其特定的优势和限制。
本文将对不同光学镀膜方式进行比较，以帮助读者更好地了解它们之间的差异和适用情况。
第一部分：理论基础1. 光学镀膜概述：解释光学镀膜的定义和重要性，介绍其在光学元件中的各种应用。
2. 光学薄膜理论：简要说明光学镀膜是如何根据光学薄膜理论进行设计和制备的。
第二部分：主要光学镀膜方式的比较1. 全反射镀膜（AR镀膜）：介绍全反射镀膜的原理和特点，强调其提高透过率和减少反射的优势。
- 结构：详细描述全反射镀膜的结构和材料。
- 优点：列举全反射镀膜的主要优点，例如增强透过率、降低表面反射和抗反射的广谱性。
- 缺点：讨论全反射镀膜的潜在限制，如制备复杂、灵敏度较高等。
- 应用：提供全反射镀膜在哪些领域和光学元件中的应用实例。
2. 反射镀膜：探讨反射镀膜的基本原理和优点，说明适用于反射镜等光学器件的特殊需求。
- 结构：阐述反射镀膜的材料和结构设计。
- 优点：介绍反射镀膜的关键优势，例如高反射率、耐久性等。
- 缺点：讨论反射镀膜可能存在的限制，如对光谱范围的限制。
- 应用：提供反射镀膜在哪些领域和光学元件中的典型应用。
3. 滤波镀膜：说明滤波镀膜的原理和应用，强调其用于光学滤波器等特殊光学元件的重要性。
- 结构：描述滤波镀膜的材料和层序设计。
- 优点：列举滤波镀膜的主要优势，例如选择性透过、阻止无用波长等。
- 缺点：探讨滤波镀膜的可能局限，如复杂制备和性能降低。
- 应用：提供滤波镀膜在光学滤波器和其他光学应用中的实际应用案例。
第三部分：光学镀膜方式的选择和发展趋势1. 选择光学镀膜方式的因素：介绍在选择特定光学镀膜方式时应考虑的关键因素，如使用环境、预算和性能要求。
2. 光学镀膜的未来发展方向：展望光学镀膜领域的最新趋势和技术，如纳米光学镀膜和多功能光学镀膜。
薄膜光学与镀膜技术
眼镜和隐形眼镜
镀膜技术可以提高眼镜和隐形眼镜的抗反射性能，提高视觉清晰度。 镀膜技术可以增强眼镜和隐形眼镜的抗紫外线能力，保护眼睛不受紫外线伤害。 镀膜技术可以提高隐形眼镜的湿润性和舒适度，减少眼部干燥和不适感。 镀膜技术可以增强眼镜和隐形眼镜的抗污能力和清洁度，保持镜片持久清晰。
反射和透射的物理机 制：反射和透射的物 理机制与光的波动性 和干涉有关，薄膜的 厚度和折射率等因素 会影响光在薄膜中的 波前和相位，从而影 响反射和透射的光强 和光谱特性。
光学常数与薄膜性质的关系
光学常数定义： 描述光与物质相 互作用性质的物 理量
光学常数与薄膜性 质的关系：光学常 数是薄膜材料和镀 膜工艺的重要参数， 对薄膜的光学性能、 物理性能和化学性 能产生影响
未来发展方向与趋势
新型材料的应用： 探索和开发具有 优异光学性能和 稳定性的新型材 料，以满足不断 增长的技术需求。
创新镀膜技术的 研发：研究和发 展新型镀膜技术， 以提高薄膜的光 学性能和稳定性， 降低制造成本。
跨学科融合：将 薄膜光学与镀膜 技术与其他领域 （如纳米技术、 生物医学等）相 结合，开拓新的 应用领域和市场。
镀膜技术的发展趋势
纳米镀膜技术：利用纳米材料和纳米技术提高镀膜的性能和稳定性，满足高精度、高 性能的应用需求。
多层镀膜技术：通过多层叠加的方式，实现更复杂的光学和力学性能，提高产品的附 加值。
智能镀膜技术：结合人工智能和机器学习技术，实现镀膜过程的自动化和智能化，提 高生产效率和产品质量。
光学镀膜技术_文库
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例：空气折射率是1，玻璃折射率是1.8，镀膜折射率是1.5。
光线从空气直接进入玻璃 透射率=4*1*1.8/（1+1.8） 2=91.84%;
光线从空气进入镀膜再进入玻璃透射率=【4*1*1.5/（1+1.5） 2】*【4*1.5*1.8/（1.5+1.8）2】=95.2%;
利用这种干涉现象，通过对光学零件表面薄膜的材料和厚度的 控制，人为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。
光学镀膜工作原理
6
光照到光学零件表面时，一部分 光发生反射，另外一部分光投射 进入光学零件。反射光的存在无 疑降低了透射光的强度，反之透 射光的存在降低了反射光的强度；
为了减少反射光或者透射光的强
作用： ➢ 增加光学系统的通透率； ➢ 减少杂散光； ➢ 提高像质；
增透➢膜增加作用距离；
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当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在 两介质的分界面上就会产生光的反射, 如果介质没有吸收，分界 面是一光学表面，光线又是垂直入射，则：
反射率 R=(n0-n1)2/(n0+n1)2
增透膜
20
单层增透膜反射率
增透膜
21
多层窄带增透：多个膜层叠加对单个波长进行反复干涉相消以使 得反射率达到最小。
增透膜
22
多层宽带增透：多个膜层叠加对不同波长的反射光都进行干涉相 消从而达到对一个宽波段的光增透。
增透膜
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应用：所有透过型光学系统如照相机、测距仪、潜望镜、显微 镜等各种视觉观察和测量系统；
d
膜上表面和下表面的反射光线在上表面的相
位差为1个波长，干涉相长，从而使反射光
光学镀膜基础知识PPT
Ø消偏振分光膜（单波长，宽带的NPBS)
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u滤光片
• 一般，我们把改变光束性质或颜色的膜叫做滤光膜 • 常见的有：
Ø干涉截止滤光片
• 用于分离两个波段 ，故又称二向色镜 。在分色、合色， 隔紫外、隔红外等 场合运用广泛。
• a.性能指标图 • b.应用用途： • 冷光膜、舞厅里色
彩变幻的旋转灯等
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Ø带通滤光片
• 带通滤光片 • 在光学薄膜学，1899年出现
1. 机械泵 2. 并路阀 3. 电阻规1 4. 罗茨泵 5. 预阀 6. 扩散泵 7. 低温冷阱 8. 冷阱压缩机 9. 压缩空气 10. 低阀 11. 高阀 12. 电阻规2 13. 电离规 14. 晶振探头
1.1 为什么要镀膜？
l 举个简单的例子，比如我们佩带的镀膜眼镜片。为什么 要镀膜？
Ø 减反射膜(增透膜)，为多层膜。
•
无论树脂或玻璃镜片其透光率都不能达到100%，会有部分光线被镜片的两个表
面反射回来，折射率越高的镜片反射率也越高。树脂4%、玻璃4.3%。
•
镜片的反射可使光线透过率减少并在视网膜形成干扰像而影响成像的质量，并
的法布里-玻珞干涉仪，是一 种最有意义的进展，它是干 涉带通滤光片的一种基本结 构。
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Ø金属滤光片 • 金属滤光膜的一般
特性曲线 • 示例图片：
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光学镀膜蒸镀
光学镀膜蒸镀光学镀膜蒸镀是一种常用的表面处理技术，广泛应用于光学领域，用于提高光学器件的光学性能。
本文将详细介绍光学镀膜蒸镀的原理、应用以及制备过程。
一、原理光学镀膜蒸镀是利用蒸镀技术在光学器件的表面沉积一层或多层薄膜，以改变器件对光的反射、透射和吸收特性。
这种薄膜通常由不同材料的多层膜堆叠而成，每一层膜的厚度都是以波长为参考的。
光学镀膜蒸镀的原理基于干涉和反射的特性。
当光线从介质中进入薄膜时，会发生反射和透射。
通过适当设计和控制薄膜的厚度、折射率和反射率，可以实现对光的干涉和反射的控制。
因此，通过合理设计薄膜的结构和参数，可以实现光的特定波长的增透、折射、反射和吸收等功能。
二、应用光学镀膜蒸镀技术在光学领域有着广泛的应用。
其中，光学薄膜广泛应用于光学镜头、光学滤波器、光学反射镜、光学棱镜等光学器件中。
1. 光学镜头：通过在镜片表面镀上透明薄膜，可以提高光学镜头的透射率，减少反射和散射，从而提高成像质量。
2. 光学滤波器：通过控制薄膜的结构和参数，可以实现对特定波长光的选择性透过或反射，实现滤波功能。
例如，彩色相机中使用的红外滤光片，就是利用光学镀膜蒸镀技术制备的。
3. 光学反射镜：光学反射镜通常由多层薄膜堆叠而成，用于反射光线。
通过设计和控制薄膜的结构和参数，可以实现对特定波长光的高反射。
光学反射镜广泛应用于激光器、望远镜、光学仪器等领域。
三、制备过程光学镀膜蒸镀的制备过程包括下述几个步骤：1. 材料准备：根据所需的薄膜材料和结构设计，选择合适的材料，并进行材料的纯化和配比。
2. 沉积设备准备：准备好蒸镀设备，并对设备进行清洗和真空抽气，确保设备内部的洁净度和真空度。
3. 蒸镀过程：将薄膜材料放置在蒸镀源中，加热至材料的蒸发温度，使材料蒸发，薄膜分子沉积在待处理器件表面。
4. 控制参数：在蒸镀过程中，需要控制蒸镀速率、温度、真空度等参数，以保证薄膜的质量和性能。
5. 薄膜测试：制备完成后，需要对薄膜进行测试和表征，以确保薄膜的性能和技术要求。
光学镀膜的原理
光学镀膜是一种在光学元件表面上涂覆一层薄膜的技术，通过控制薄膜的厚度和折射率，实现对光的反射、透射和吸收特性的调控。
其基本原理可以概括如下：
1.光的干涉：当光线从一个介质进入另一个介质时，会发
生反射和折射。
反射光和折射光之间的相位差会导致干
涉现象。
利用光的干涉原理可以控制薄膜的光学性质。
2.薄膜的厚度：光学镀膜通过在光学元件表面上沉积一层
薄膜，调整薄膜的厚度可以改变光的干涉现象。
当薄膜
的厚度等于特定波长的光的半波长或整数倍时，干涉产
生的反射和透射现象会发生增强或衰减。
3.折射率的调控：薄膜的折射率是指光在薄膜中传播时的
相对速度。
通过选择适当的材料和调节薄膜的组分，可
以实现对折射率的控制。
不同折射率的薄膜层之间也会
发生光的干涉，进一步影响光的传播和反射特性。
综合利用光的干涉、薄膜厚度和折射率的调控，光学镀膜可以实现多种光学效果，如增强或减弱特定波长的反射、实现高透过率或高反射率等。
常见的光学镀膜应用包括反射镜、透镜、滤光片、偏振器件等，用于改善光学元件的性能和实现特定的光学功能。
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光学基础知识及光学镀膜技术光學薄膜是指在光學元件上或獨立的基板上鍍上一層或多層之介電質膜或金屬膜來改變光波傳遞的特性。
即應用光波在這些薄膜中進行的現象與原理，如透射、吸收、散射、反射、偏振、相位變化等，進而設計及製造各種單層及多層之光學薄膜來達到科學與工程上的應用。
在本廠的實際應用上，DM半透板與ITO鍍膜屬於這個領域。
光學薄膜雖早於1817年Fraunhofer已經開始利用酸蝕法製成了抗反射膜，但是真正的發展是在1930年真空鍍膜設備之後。
而軍事的需求(望遠鏡、飛彈導向鏡頭、監視衛星、夜視系統等)加速了光學薄膜的開發與研究。
計算機的出現使得設計更為方便，相對的各種理論及設計方法因應而出，光學薄膜的研究於是更為進步並充分應用於各種光電系統及光學儀器之中，如光干涉儀、照相機、望遠鏡、顯微鏡、投影電視機、顯示器、光鑯通訊、汽車工業、眼鏡等。
光學薄膜基本上是藉由干涉作用達到其效果的。
簡單的如肥皂泡沫膜、金屬表層的氧化膜、水面油層的顏色變化，都可以視為單層干涉的效果。
因此，當光在膜層中的干涉現象可以被偵測到時，我們就說這層模是薄的，否則是厚的(k值消散掉)。
由於干涉現象不僅跟膜層的厚度有關，而且光源的干涉性和偵測性的種類也有關。
接下來為各位介紹幾個主題1.波動光學基本理論2.薄膜光學的應用及產品介紹3.薄膜設計方法4.金屬鍍膜材料5.光學薄膜的鍍製方法及設備6.光學薄膜材料。
光學薄膜的製作是理論設計的實現，它不僅和蒸鍍方法及材料有關亦與薄膜支撐者，即基板之表面狀況及材質有密切的關係，事實上光學薄膜的研製的主要困難已經比較少是在設計上，而是在製鍍上，亦即要製造出預期中的光學常數及厚度之薄膜，因此新的製膜方法及監控方式在工程上更顯的重要。
1.繞射和干涉的現象常常會被拿在一起來討論,繞射可視為很多光源互相干涉,但其數學處理的方式仍然與干涉不太一樣。
例如全像或光柵,可以用繞射也可以用干涉來解釋,也各有其數學模式。
光的波動說:當一個水波經過一個障礙時,我們可以看到障礙的邊緣會泛起陣陣漣漪,這種現象就是繞射,光波也有繞射現象,這種現象是和光的直線前進或光的粒子說相抵觸的。
早在1500年,L.da Viaci 已提及光的繞射,Huygens在1678年首先創立光的波動理論,他把波陣面上每一點都視為一個次級子波的波源,而所有子波前進時的包絡面又形成新的波前,應用這個原理可以解釋光的直線前進、光的反射與折射。
1801年,Young用干涉理論來解釋單狹縫的現象,但實驗結果與預期不盡相符,在1815到1826年間,法國Frenel按照光的波動說完成繞射的數學理論,至此才形成繞射的波動基礎。
在此Frenel修正Huygens理論,加入所謂的頃斜因子,因此解決了Huygens 不能解釋倒退波不存在的問題。
由於光也就是一種電磁波,光的波動數學表示式可自Maxwell電磁方程式導出:亦及其中D為電位移(electric displacement)P為偏極向量(polarization vector)E為電場向量(electric vector)B為電磁向量(magnetic vector)M為磁化量(magnetization)μ0為磁透率(permeability)ε0為介電率(permittivity)J為電流密度ρ為電荷密度但光波可將maxwell電磁方程式化簡為且又及而當我們希望進一步了解光再一些介質中的行為時,便可能從波動方程式出發,尋求邊界條件以求了解,例如光纖工學,光柵理論,雷射共振腔理論等都必須利用波動方程式。
從光波動理論我們可之光為一種電磁波,當其前進時,電場振動(磁場振動)方向四面八方都有。
以常見的日光燈為例,其光線在空氣中之電場振動(磁場振動)方向是不規則的,但是永遠和光波前進方向垂直,如圖：故可之一般的光當行進中,會含有來自不同方向電場振動(磁場振動)方向混合波, 電場振動(磁場振動)方向只在一方向內振動或呈現規則性的光稱為偏振光。
我們可分析光波電場振動的路徑種類,一般可區分為平面、圓和橢圓偏極光,光學系統中使一般的光變成平面偏極光的元件稱為偏光板,一束光進入有些晶體時,會變成兩束光,我們稱此晶體具雙折射現象,此即與光進入後之電場振動方向有關.具雙折射性質的光學元件可稱為波板,光通過波板後電場沿? 某一方向(F軸,快軸)振動的?比? 此方向垂直之方向(S軸,慢軸)振動的?光速度較快1/2波長時,稱此波板為1/2波板,如圖：光通過波板後電場沿? 某一方向(F軸,快軸)振動的?比? 此方向垂直之方向(S 軸,慢軸)振動的?光速度較快1/4波長時,稱此波板為1/4波板,當在兩面偏光板中間加入兩片1/4波片,可以得到各方向的偏極光。
當一片1/4波片的F軸與S軸交叉排置均與起偏振鏡之偏振軸夾45度角時,即可得圓偏極光,如圖：當該1/4波片的F軸與S軸交叉排列且均與起偏振鏡之偏振軸夾任意角度時,即可得橢圓偏極光,如圖：1-1波重疊與干涉:兩個正弦波或是餘弦波重疊再一起時,振幅會起變化,當兩個波相對相位差為零或是波長之整數倍時,合成波的振幅是個別波振幅的合,因此振幅增大稱為建設性干涉,反之, 當兩個波相對相位差為半波長時,彼此振幅互相抵消而使合成波的振幅縮小,此稱破壞性干涉,波的強度與波的振幅平方成正比,因此建設性干涉之合成波的強度比兩個別波的強度大。
對於兩個不同相可是同週期之兩個波,其干涉現象中的節線(如圖)之P點必須滿足下列數學式:亦及節線為波峰與波谷重疊的地方。
P 為兩波之相位差λ為波長其中p = t / T ，t 為波峰發生之先後差，T 為週期設d為兩波之距離,θ為節線之方向角,則因此當建設性干涉時破壞性干涉時因此我們可以得到雙狹縫繞射的公式;繞射光點必須滿足以下數學式:其中d 為狹縫距離單狹縫如將狹縫分成左右兩個區段來看,也可以得到破壞性的干涉發生在如下的情形:其中d 為狹縫距離平常生活中,單狹縫繞射及雙狹縫繞射的現象並不很明顯,而使用雷射光來作干涉,大抵上只須把兩道光重疊,即有干涉條文產生,當然可能觀察者仍然看不見條紋,通常最可能的情況是條文的密度太高了,因此只要用透鏡將干涉光場放大,或是設法讓兩道干涉光的光場間的差異量縮小,我們不難發現,原來干涉條紋早就存在於光束交會處了。
麥克森(Michelson)曾定義條文可見度V表示干涉條紋的清晰程度:為亮紋的亮度為暗紋的亮度當V=1時,條紋的對比最清晰,是最理想的狀況,當V=0時,條紋完全消失,只出現均勻的光場。
1-2我們經常利用光柵的繞射方式來檢驗光波的頻普及波長,早期的光譜儀即是利用表面蝕刻形光柵來對入射光進行分光。
d sinθ= n λD cosθ δθ=Nδλ在此定義光柵之角射散本領為所以從上式可知, 角射散本領與光柵間距d,繞射皆數n成正比,並且也與繞射光柵的狹縫總數N無關。
角射散本領只能告訴我們,譜線中心分離的程度有多大,但不能反映出這些中心倍分離的譜線其邊緣重疊與否?欲知兩條譜線是否重疊,就必先知道每條譜線的半角寬δθ,根據前面的光柵圖形,我們知道這是與光柵的條數有關的,因當入射光所經光柵條紋數較多時,繞射光點較細,而當入射光只對一條光柵入射時,我們將發現繞射光點亮帶被拉的很長,暗帶幾乎只剩下一個狹小的點。
根據瑞利法則(Raileigh's Criteerion),如圖：?θ=λ/N d cosθ其中N為入射光所經光柵總數在此定義色分辨本領R:R=λ/?λ由上式知,當色分辨本領R越大時,其所解析細小波長差的能力也越高,上式進一步可得所以λ/?λ=nN 從上式得知,光柵的色分辨本領與光線入射所經的光柵線數N 和光點階數n成正比,與光柵間隔d或光柵密度無關。
— 1-3一、折射現象：1.光從一物質進入另一物質改變進行方向之現象稱光的折射。
因為光自一物質進入他物質時其速度改變故生折射。
2.實例：銅幣在水中似乎浮起，米尺在水中似乎彎曲。
入射線法線i二、折射定律：1.第一定律：入射線、折射線及界面的法線，均在同一平面上。
r2.第二定律：入射角的正弦和折射角的正弦比是一定值。
註：有某些晶體，其入射線、折射線和界面的法線，可能不在折射線同一平面上。
(雙折射現象)3.第二定律又稱為司乃耳定律(Snell's law)可寫成sini ,nsinr入射角的正弦和折射角的正弦比稱為折射率。
三、絕對折射率：光線由真空(大略言之由空氣)進入某種介質所生之折射率，稱為該介質的絕對折射率。
絕對折射率恒大於１，即n?１。
物質絕對折射率物質絕對折射率空氣(1atm、0oC) 甘油 1.0003 1.47玻璃酒精 1.5~1.9 1.36鑽石油酸 2.42 1.46熔融的石英水(20o1.46 C) 1.33石英結晶 1.54四、相對折射率：光線由第一種介質，進入第二種介質之折射率，稱為第二種介質對第一種介質之相對折射率。
即 ,sin1 n,12sin,2五、光路之可逆性：設n與n表示二種物質間第二介質相對第一介質之折射率，與第一介質對第二1221介質之相對折射率。
,,1sinsin 則 21n,n,n, 故 122112nsin,sin,2121六、相對折射率與絕對折射率的關係：若n為光由空氣進入介質m之折射率，θ為折射角，則 mmsinθ＝nsinθ amm因sinθ＝nsinθ ；sinθ＝nsinθ a11a22?nsinθ＝nsinθ 1122,nsinn212 而；即 n,n,,1212nsin,n121七、多層平行界面之折射：n1n2n3nsinθ= nsinθ= nsinθ= nsinθ11223344n4 八、折射率與光速：1.如圖所示，兩平行光線中，A、B為兩對應點，當A已達第二介質時，B仍在第一介質中。
B 介質1 i若v及v各表兩種介質中光的速度，則經t秒 n 121後，A傳至C，B傳至D。
若光在第二介質中 n A D 介質2 2速度較慢，則AC較BD為短，但兩者所需時間 r C相等。
故AC＝vt BD＝vt 21BDAC 而 sini,sinr,ADADvtvnsiniBD112,,,,,n 得 12sinrACvtvn2212.光在兩種介質中，傳光較速的介質稱光疏介質，較慢者稱光密介質，光疏及光密與物質之疏密無關。
3.光由光疏進入光密介質(v＞v)折射角小於入射角，折射線靠近法線，反之由光密 12至光疏介質，折射角大於入射角，折射線必遠離法線。
4.折射率之大小，不但隨兩介質之不同而異，亦隨其光波波長之不同而異。
波長較長頻率較小之紅光對介質之折射率較小，故紅光在介質中之速率較紫光為大。
折射率也常影響介質表面反射之光量大小，設介質表面之反射係數為Ｒ則註：(a)若第一介質為真空，而第二介質為某介質時，則n為某介質相對於真空的折射 12率，亦即某介質的絕對折射率n，故n＝n，而在真空中光速最大，常以C表12之，故一介質的絕對折射率n=C(真空中的光速)/v(介質中的光速)(b)按(a)之定義，真空的絕對折射率為1；空氣的絕對折射率在一大氣壓及室溫情形下約為 1.0003，幾近於1；故在一般光學計算中即可將在空氣中行進的光速，看成為光在真空中行進的光速。