增透膜最新版.ppt
高二物理竞赛波动光学 课件
2d (2k 1)
2
2
2D
2
(2km
1)
2
k 0,1,2,
共有142条暗纹
15
劈尖干涉的应用
(1)干涉膨胀仪
(2)测膜厚
l
l0
n1
n2
Si
e SiO2
l N
2
eN 2n1
16
b
n1 n
L
n
D
n / 2
n1
b
劈尖干涉
(2)相邻明纹（暗纹）
间的厚度差
di1
di
2n
n
2
D L
n 2
b
10
例 波长为680 nm的平行光照射到L=12
cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互
接触 ，另一边被厚度Ｄ=0.048 mm的纸片隔
开. 试问在这12 cm长度内会呈现多少条暗
条纹 ？
T
M
D
b
Δ 2nd
2
n
n1
n1
d
7
Δ 2nd
2
k, k 1,2, 明纹
Δ (2k 1) , k 0,1, 暗纹
2
n1 n1
n
d
8
b
n1 n
L
n
n / 2 D
n1
b
劈尖干涉
讨论
(1)棱边处 d 0
Δ 为暗纹.
2
(k 1) （明纹）
d 2 2n k 2n （暗纹）
9
波动光学
增透膜和增反膜
利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率 . 增透膜：使反射光相干相消. 增反膜：使反射光相干相长.
增透膜与全反膜设计23页PPT
设计减反膜（双层膜）：
设计高反膜（6对膜）：
激光 327.67nm TiO2 + 560.23nm SiO2
InP
TiO2
SiO2
激光
其中1155.65nm Ta2O5 1465.31nm SiO2 1300nm反射率达到90%
1.低折射率材料主要有SiO2、MgF2等，其中SiO2 具 有很高的机械性能 ，它也具有好的重复性及简单的制
备工艺。因而选用 SiO2 为低折射率材料 。 2. 高折射率材料主要有TiO2、ZrO2、Ti2O5等，其中 TiO2 的牢固性好，因而选用TiO2为高折射率材料。
背景设置
设计膜系为：S |1 H 1 L 1 H 1 L| A
目录
➢ 半导体激光端面的镀膜条件 ➢ 半导体激光端面减反膜设计与优化 ➢ 半导体激光端面全反膜设计与优化
一、半导体激光端面的镀膜条件
计算光学膜，给出膜层材料、膜层数目、厚度、特性 激光材料的折射率为n0≈3.3737 介质膜材料： SiO2、 Ta2O5、Al2O3、TiO2中选择 介质膜 考虑复折射率
二、半导体激光端面减反膜设计与优化
减反膜系设计的基本原则：
（1）在给定基底材料的前提 下，通过较少的层数 ，实现
尽可能高的透过率。
（2）考虑镀膜材料之间及其 与基底材料之间的匹配 ，避 免应力的集中，保证膜层与
基底之间结合牢固。
膜系材料的选择
为了获得性质稳定、高致密性且高激光损伤阈值的光学薄膜， 需要考虑膜料的一些性质，包括膜料的纯度、光学机械特性、 化学特性等，从而选择出合适的膜料以及匹配的蒸发技术。
大功率半导体激光器高反射腔面膜通常采Ta2O5/SiO2、Si/Al2O3、 HfO2/SiO2等膜系。本实验采用 Ta2O5/SiO2膜系做器件的高反膜。
高二物理竞赛增透膜和高反膜PPT(课件)
rk rk1 rk fik' ，i' ni
有：rk
fnik
f
0
2h sin ik
0
2h sin ik
7）等倾条纹的特点
（1）光源是扩展光源，面光源不会降低
条纹的反衬度。 （2）条纹定位于无穷远处或透镜焦面上
（3）薄膜厚度均匀
i （4）相同倾角 对应同一级次 k ，形成
同心圆环形条纹。
（5）边中缘心条条纹纹级级次次低高。，(rk1 rk )
1、增透膜和高反膜
1）日常所见的薄膜干涉图样 干涉条纹的级次 仅与倾角 有关
（1）光源是扩展光源，面光源不会降低
1）日常所见的薄膜干涉图样
汽油膜、肥皂泡、油垢层、昆虫翅膀、 具有同一倾角的反射光线会聚于同一
1）严格等厚条纹的观察所需的特定装置
（5）中心条纹级次高，
近视镜上的色彩绚丽的干涉图样。 （4）
4）增反膜
n1 n n2
L
2nh
0
/
2
0
,
h
0
4n
I A12 A22 2 A1A2 cos 2 ( A1 A2 )2
多层介质高反射膜的光强反射率
可达99％以上
1）厚度均匀薄膜的光程差
P
L (ARC ) ( AB)
(ARC ) 2nh / cosi _____
( AB) n1 AC sin i1 2nh sin i tan i 2nh sin2 i / cosi
5）等倾干涉条纹的观察装置
（2）条纹定位于无穷远处或透镜焦面上
（2）干涉区域定位于无穷远处
（2）条纹定位于无穷远处或透镜焦面上
（1）光源是扩展光源，面光源不会降低
增反膜增透膜理化生光学
紫 红
k2, 2n1d 73n6m红光
21/2
色 k3, 2n1d 44 .6n1m紫光
31/2
k4,
2nd 3 增反膜增透膜1理化生光学 1 .4n 5m
13.5 薄膜等厚干涉
chsling
13.5.2 典型的等厚干涉
a. 劈 尖
n
T
L
n1
n1
d
S
劈尖角
M
D
2nd
2
nn1
k, k1,2, 明纹
13.5 薄膜等厚干涉
测量透镜的曲率半径
rk2 k R/n2
rk2m(km )R/n2
chsling
R
r
R(rk2m rk2)n2
m
2r
增反膜增透膜理化生光学
13.5 薄膜等厚干涉
chsling
例 用波长为nm的单色光做牛顿环实验，测得第
个 k mm , 第 k+5 mm，求平凸透镜的曲率半径R.
它们之间有什么关系？（已知真空中波长为 0 ）
在真空中的路程为： x ct c r nr
u
介质中的相位改变： n
2 n
r
真空中的相位改变： 2 nr
0
2 uT
r
2 n cT
r
2 0
nr
t相 同 相 位 相 同
增反膜增透膜理化生光学
13.4 光程与光程差
chsling
13.4.1 光程
b
b'
b
e b' 1
b2
3 2 6 增反膜增透膜理化生光学
d L
2n b
13.5 薄膜等厚干涉
chsling
光伏板的增透膜的组成
光伏板的增透膜的组成
光伏板的增透膜通常由多层薄膜组成，其主要目的是增加光伏板对太阳光的吸收，提高光伏效率。
增透膜的组成可以包括以下几个主要部分：
1.抗反射膜层：抗反射膜是增透膜的关键组成部分之一，其目的是减少光伏板表面的反射，使更多的太阳光能够穿透到光伏电池层。
这通常通过特殊涂层或多层光学薄膜来实现。
2.硬质涂层：为了保护增透膜不受外界环境的影响，提高耐候性和耐腐蚀性，增透膜通常包含硬质涂层。
这一层通常是通过特殊的处理或添加硬质材料来增强耐用性。
3.防尘层：为了减少尘埃、污垢或其他杂质对光伏板的影响，增透膜可能还包含防尘层。
这一层可以防止尘埃沉积，保持光伏板的清洁度。
4.其他辅助层：根据具体的设计要求，增透膜还可能包括其他辅助层，如防水层、抗静电层等，以提高光伏板的整体性能。
总体而言，增透膜的组成是多层复合结构，旨在提高光伏板的光吸收效率、提高耐久性，并满足特定的环境要求。
不同制造商和产品可能采用不同的技术和材料，具体的增透膜结构可能有所差异。
多层增透膜膜 工艺流程
多层增透膜膜工艺流程多层增透膜工艺流程呀，这可有点小复杂但也超有趣呢。
一、多层增透膜的基础概念。
咱们先来说说多层增透膜是啥吧。
简单来讲呢，它就像是给光学元件穿上的一件神奇的“隐形衣”。
你想啊，光在通过不同介质的时候会发生反射，这一反射就会损失很多能量，对于一些精密的光学仪器，比如相机镜头、望远镜镜片啥的，这可不行呀。
多层增透膜就是要减少这种反射，让更多的光能够透过去，就像给光开了一条顺畅的绿色通道。
二、材料准备。
那要做多层增透膜，材料可得选好喽。
一般来说，会用到一些具有特殊光学性质的材料。
比如说氟化镁，这可是个很常见的小能手呢。
它在光学性能上就很适合用来做增透膜的材料。
还有二氧化钛，它也有自己独特的本事。
在准备材料的时候，那可得小心翼翼的，材料的纯度啊、颗粒大小啥的都得严格把控。
就好比我们做饭，食材的质量不好，那做出来的饭肯定也不好吃呀。
而且这些材料的储存也很有讲究，要放在干燥、清洁的环境里，不然要是受潮或者沾上灰尘，那可就影响后面的工艺了。
三、镀膜前的清洁工作。
这个环节可重要啦。
光学元件就像个小宝贝一样，在镀膜之前必须得洗得干干净净的。
就像我们洗脸一样，要把脸上的脏东西都洗掉。
要先用特殊的溶剂来清洗，把上面可能有的油污啊、灰尘啊之类的都去除掉。
然后呢，可能还得用超声波清洗，这超声波就像一群小清洁工，在元件的各个角落里把那些顽固的脏东西都震下来。
要是清洁工作没做好，那镀膜的时候就像在脏墙上画画，肯定画不出好看的画来呀。
四、镀膜过程。
1. 物理气相沉积。
这是一种很常用的镀膜方法呢。
简单来说，就是把那些镀膜的材料变成气态，然后让它们沉积到光学元件的表面上。
比如说通过蒸发的方式，把氟化镁或者二氧化钛加热，让它们变成蒸汽。
这些蒸汽就会乖乖地跑到元件表面，一层一层地铺上去。
这个过程就像给蛋糕抹奶油一样，得一层一层来，而且每一层的厚度都要控制得刚刚好。
如果太厚或者太薄，那增透的效果就会大打折扣啦。
2. 化学气相沉积。
光伏玻璃纳米增透膜_解释说明以及概述
光伏玻璃纳米增透膜解释说明以及概述1. 引言1.1 概述光伏玻璃纳米增透膜是一种应用于太阳能领域的新型材料。
通过在光伏玻璃表面涂覆纳米级厚度的薄膜，可以有效提高太阳能光电转换效率，降低光电池板的反射和吸收损耗，从而提高光吸收和能量转换的效果。
该技术具有广阔的应用前景，并且已经在实际生产中得到了广泛应用。
1.2 文章结构本文将分为五个主要部分进行论述。
首先是引言部分，对光伏玻璃纳米增透膜的概念和应用进行简要介绍。
其次是光伏玻璃纳米增透膜的解释说明，包括其概念、结构和原理以及应用领域和优势。
接下来是详细介绍制备方法，包括化学方法、物理方法以及新兴技术在制备过程中的应用。
然后将对其性能评价与应用展望进行探讨，包括光传输特性及其影响因素、评价指标与测试方法以及在太阳能领域的应用前景。
最后是结论部分，总结主要研究成果、提出存在的问题与改进建议，同时展望光伏玻璃纳米增透膜的未来发展方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍光伏玻璃纳米增透膜的相关知识，包括其定义、制备方法、性能评价以及应用前景。
通过对该技术的深入解析和讨论，旨在促进光伏玻璃纳米增透膜在太阳能产业中更广泛地应用，并为其进一步研究提供参考和指导。
2. 光伏玻璃纳米增透膜的解释说明:2.1 光伏玻璃纳米增透膜的概念:光伏玻璃纳米增透膜是一种应用于太阳能光电领域的新型材料，通过在玻璃表面涂覆一层纳米级厚度的薄膜，能够有效地提高光伏发电系统中太阳能电池板的传输效率。
这种薄膜采用了纳米级结构设计和优化，通过改变光线在材料内部的传播方式，实现对不同波长光线的有效控制与管理。
2.2 增透膜的结构和原理:增透膜通常由多个纳米级材料层叠组成。
每个层次都具有不同的折射率和厚度，以实现对特定波长光线的选择性阻隔或增强。
这些材料可以是金属、无机物或有机物，根据需要使用不同类型的材料进行堆积。
当入射光线经过增透膜时，在不同折射率间发生反射、透射和散射，从而调节光线的传输和捕获效率。
增透膜的应用原理是
增透膜的应用原理是什么是增透膜增透膜是一种特殊的光学薄膜，通过在光学器件表面涂覆一层薄膜材料，可以使光线在薄膜和器件之间的界面上发生反射和折射，从而实现对光的调控。
增透膜的工作原理增透膜的工作原理基于光的干涉现象。
当光线从一个介质进入另一个介质时，会发生反射和折射，这些光线相互干涉，形成了光的波动现象。
增透膜利用干涉现象调控光线的传播，使得特定波长的光线得到增强，而其它波长的光线则被消减或减弱。
增透膜主要基于两个原理进行设计和制备：1. 多层膜结构增透膜通常由多层膜组成，每层膜的厚度和折射率不同，通过选择合适数量和厚度的膜层，可以使得特定波长的光线在多层膜之间发生干涉，从而实现对光线的增透。
2. 薄膜材料的选择增透膜所采用的薄膜材料具有特定的折射率和吸收特性。
通过精确控制薄膜材料的折射率，可以实现对特定波长的光线进行增强。
同时，薄膜材料要具备优良的光学透明性和化学稳定性，以确保增透膜的性能和使用寿命。
增透膜的应用领域增透膜由于其优良的光学性能，被广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 光学元件增透膜被用于光学元件制造中，如镜片、透镜、滤光片等。
通过在光学元件的表面涂覆增透膜，可以提高光学元件的透射率和光学性能，减少反射和损失。
2. 光学仪器增透膜在光学仪器中具有重要作用。
例如，在相机镜头、显微镜、望远镜等光学仪器中，增透膜可以提高图像的清晰度和对比度，减少光线的反射和散射，提高观测体验。
3. 光电显示器件增透膜也被广泛应用于光电显示器件中，如液晶显示屏、有机发光二极管（OLED）、彩色滤光片等。
增透膜可以提高显示器件的亮度和色彩饱和度，同时减少反射和折射，提高显示效果。
4. 光伏电池增透膜在光伏电池领域也有重要应用。
通过在光伏电池表面涂覆增透膜，可以提高光伏电池的吸收率，提高光电转换效率，从而增加电池的发电量。
5. 光学传感器增透膜在光学传感器中的应用也非常广泛。
通过在传感器表面涂覆增透膜，可以增强光线的进射和透射，提高传感器对外界光信号的响应能力，提高传感器的灵敏度和准确度。
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n22
n12
s in 2
i
2
k，k 1，2， 干涉加强为明条纹
2k
1
2
，k
0，1，2，
干涉减弱为暗条纹
反是薄膜厚度e和入射角i的函数,
当i一定时称为等倾干涉; 当e一定时称为等厚干涉
一、镀膜的原因
光在空气和玻璃界面每次反射光能量占入射总能量的 4%，透射光能量为96%。
1、一片玻璃两次反射：
I透 0.962 I入 0.92I入
眼镜片
如果镜片表面不镀增透膜： 1、前反光，会使别人看戴镜者时，镜面一片白光，尤其在照 相时，这种反射光会严重影响照片的质量； 2、后反光，会产生眩光，降低视物的对比度和舒适性； 3、内反光，会产生虚像，影响视物的清晰度。
因此，镀膜后的镜片对视觉有明显改善效果。
照相机
照相机镜头上都要求镀增透膜，一般选择 对可见光中光能量最强、人眼最敏感的中央 波长552nm的绿光达到透射增强、反射相 消，所以绿光几乎全部透射。而远离 552nm的紫光和红光不能完全反射相消， 反射光就呈紫红色，这就是我们平常所看到 的照相机镜头的颜色。
例题： 已知MgF2折射率为1.38，选择让可见光中波长为
552nm的绿光透射加强，试设计眼镜片上所镀MgF2膜层 的最小厚度。
解：当反射光干涉相消时，光差为半波长的奇数倍：
反
2n2e
2k
1
2
,k
0,1, 2
其膜层厚度公式:e (2k 1) ，3 ，L
4n2
4n2 4n2
取k 0, e 552 100nm 0.1m
-- -- ---能使光学元件减少因反射而损失的光能，从 而增加透射光强度的薄膜。
增透膜层介质一般采用 MgF2 ，镀膜的效 果可使单次反射光能量由4%降低到1%，透光 率则由96%提高到99%。
如航空照相机镀膜前： I透 0.9620 I入 0.40I入
镀膜后： I透 0.9920 I入 0.80I入
4n2 41.38
三、增透膜的应用
（1）生活中的应用
---眼镜片
（2）生产中的应用
---照相机
（3）军事中的应用
---隐形飞机
孔雀羽毛
孔雀开屏五彩缤纷、艳丽夺目，是因为羽 毛上覆盖一层薄薄的角质层，且厚度不均匀。 与增反膜相似，某一厚度处会对某一波长的 光反射增强，如当蓝光反射干涉加强处就呈 现蓝色羽毛，而且蓝色更加鲜艳。
e n2 1.38
玻璃
n3 1.50
因为n1n2 n3，反射光在两个界面上 均有半波损失
镀膜后 ，上下表面反射光均发生半波损失， 无附加光程差，干涉情况满足：
反 2n2e
k，k 1，2， 干涉加强为明条纹
2k
1
2
，k
0，1，2，
干涉减弱为暗条纹
当发射光干涉减弱即代表此时透射光干涉增强。
增透膜也称抗反射膜
增透膜
重点
增透膜的原理
难点
干涉相消和干涉相长的条件、半波损失
回顾薄膜干涉
1
S
a
23
n2 n1 n2 n3
n1
n2 e
b
n3
半波损失：
光从折射率较小的介质入射到折射率较大的介质表面时，反 射光在入射点发生的相位跃变，即光程有半个波长的突变。
n3
反射光2和3发生干涉实际光程差：
反 2e
n1 n2 n3
n1 i 0
n2
e
n3
思考：若派一名潜水员潜入该海域从下向上观察，他所正对油膜呈
现什么颜色？ （紫红色）
作业布置:
P175 17-5,17-6,17-7
2、普通显微镜有六片透镜十二次反射：
I透 0.9612 I入 0.60I入
3、航空照相机有十片透镜二十次反射：
I透 0.9620 I入 0.40I入
4、越精密的光学仪器由更多透镜组成：
I透 0
二、增透膜的原理
考虑光线垂直入射i=0
1 2 3 n1 n2 n3
增透膜
空气
MgF2
n1 1.00
解：驾驶员观察到反射光中干涉加强现象：
反
2n2e
k,
2n2e k
,
k 1,1 2n2e 21.20 460 1104(nm) 760nm,红外线
k 2,2 n2e 1.20 460 552(nm),绿光
k=3,3
2 3
n2e
315.4(nm)
400nm,
紫外线
驾驶员观察到油膜呈绿色。
隐形飞机
如果在飞机表面镀增透膜，使之对雷达 接受系统最敏感的光波反射相消，透射增 强被机身吸收，雷达就捕捉不到反射回来 的信号，对飞机就可以起到隐身侦察的作 用。
例题：一油轮漏油（折射率n2=1.20）污染了某海域，在海水 （折射率为n3=1.30）表面形成一层厚度为460nm的薄薄油膜， 太阳正位于该海域正上空。 一直升飞机驾驶员从机上向下观 察，他所正对油膜呈什么颜色？