薄膜光学技术-2-6
薄膜光学技术
全介质滤光片得带宽
如果两个反射膜对称,而且反射率足够高,则
F 4R12 4 (1 R12 )2 T122
2 20 sin1 T12
m
2
当层数给定时,用高折射率层作为最外层将得到最大反射率, 所以,实际上只有两种情况需要考虑、即
G/H(LH)x2L(HL)xH/A G/HLHLHLHL2LHLHLHLHLH/A
3、 全“介质多半波”型
“多半波”就是指膜系中有多个λ0/2 间隔层。 双半波型: G HL2H(LH)2L2HLH G
G LH2L(HL)3H2LHLH A 三半波型: G LHL(LHLHLHLHL)2LHL A 五半波型: G LHL(LHLHLHL)4LHLHL A 特点:
2、 全“介质单半波”型
反射膜/半波间隔层/反射膜
G/ ( HL )m [ k ( 2H ) ] ( LH )m /G G/ ( HL )m H [ k ( 2L ) ] H ( LH )m /G 特点:
a、 A, S 很小, R1 , R2 很高, ∴ T0 ~ 90%
2 0 ~ 1 500
Tmax
T122 (1 R12 )2
T122 (T12 A12 )2
1 (1 A12 / T12 )2
这说明 :反射膜得透射率愈低或吸收、散射愈大,则 峰值透射率愈低、
A+S ~ 0、5% , R ~ 98、8% , T max ~ 50% ; A+S ~ 1% , R ~ 98、8% , T max ~ 30% 、
Y12
nH2 x 1 nL2 x 1
nH2 nG
nH2 X nL2 x 1nG
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。
光学薄膜技术应用研究
光学薄膜技术应用研究光学薄膜技术，简称光学薄膜，是指通过物理蒸镀、溅射等方法，在表面上堆积一层很薄的材料薄膜，从而改变材料的光学性质。
由于其在光学元件、光电信息、化学分析等领域均有广泛的应用，因而被广泛研究和应用。
下面来详细探讨光学薄膜技术应用研究。
一、光学薄膜技术在光学元件中的应用在光学元件中，光学薄膜技术有着重要的应用。
光学薄膜可以被制成全反射镜、半反射镜、多层膜等器件。
如薄膜滤波器可以通过不同厚度和不同种类的材料堆积层次，来实现对光的滤波；光学偏振器可以通过给晶体或者玻璃薄膜施加强约束电场和强磁场，产生特殊的偏振效应，用于解决光学分离和信息存储等问题。
此外，光学薄膜技术还可以制作可变光学器件，如光学分束器和反射率可变的反射镜。
二、光学薄膜技术在光电信息中的应用光学薄膜技术在光电信息方面也有一定的应用。
如宽带光学反射镜在光电信息单位中得到广泛的应用，其主要作用是减少传输损耗和增加串行通信容量。
又如，光导纤维附着有光学薄膜具有非常高的折射率，能够在光纤送信的过程中实现光信号的反射和传输，保证了光纤通信质量良好。
三、光学薄膜技术在化学分析中的应用光学薄膜技术在化学分析方面也有着广泛的应用。
如利用存在非常敏锐的气体传感器阵列实现对污染气体进行监测，保证环境卫生。
其实现的核心是对特定气体进行自注意的区分，这就需要光学薄膜来实现。
四、光学薄膜技术在光色变材料中的应用光学薄膜技术在光色变材料中也被广泛应用，由于光学薄膜具有一定的变色性质，因此可以利用它实现某些光学传感器元件对于光线的照射产生变化，由此实现对光信号的控制（如液晶屏幕）。
此外，光学薄膜加工技术还可以实现大规模生产，由此实现对光学元件的流水线制造，使得光学信息的处理速度更具优势。
在以上几个领域中，光学薄膜技术的应用影响了整个领域的发展，并形成了多种相关的光学设备。
不过，随着时代的变迁和技术的不断发展，光学薄膜技术与其对应的应用，也需不断革新升级，从而达到更高层次的状态。
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。
显微学中的光学薄膜技术
显微学中的光学薄膜技术在现代工业、科学和医学研究中，显微学是一项重要的技术。
显微学可以让我们观察和研究由于尺寸太小而肉眼无法观测的事物，如细胞、细菌和化合物等。
然而，显微学的技术并不止于此，其中一个基础性的技术就是光学薄膜技术。
这种技术在显微学中广泛应用，在许多不同领域的研究和实验室应用中，光学薄膜技术都是至关重要的。
什么是光学薄膜？先来介绍一下什么是光学薄膜。
光学薄膜是一种厚度在“几纳米到几百纳米”范围内的表面薄膜，它具有特殊的光学性质和电学性质。
当光从一种介质（如空气）照射到另一种介质（如金属），由于两种介质密度不同，光线会产生反射和折射的现象。
通过控制不同材料的厚度和层数，光学薄膜可以被制作出来，从而产生所期望的光学性质和电学性质。
光学薄膜技术在显微学中的应用光学薄膜技术在显微学中的应用广泛，可以说是不可或缺的。
在相位对比显微镜中，光学薄膜被用于抵消样本与不透明基质之间的光学差异，从而提高图像质量和清晰度。
在荧光显微镜中，荧光分子被用来染色标记，以突出显示细胞和组织中的细节结构。
通过将荧光分子吸附到光学薄膜上，可以增强荧光信号并提高探测灵敏度。
此外，光学薄膜技术还被用于制作显微镜的组件。
在透射电子显微镜中，聚焦透镜和电子透镜都是通过制作光学薄膜而制成的。
这种技术还被用于制造反射防护镜，用于保护眼睛不受激光或其他高能光源的损伤。
光学薄膜的制备方式光学薄膜的制备方式主要包括物理蒸发、磁控溅射和化学气相沉积等方法。
这些制备方法在不同的应用环境下有着不同的优缺点。
物理蒸发是一种简单的方法，适用于制造非常薄的金属薄膜。
然而，其缺点是容易产生污染和缺口，这会影响薄膜的质量和性能。
磁控溅射是一种高性能的方法，可以制造非常均匀和纯净的薄膜。
这种方法可以制造出多层和复合薄膜，适用于制造一些对光学性能有精准要求的元件。
然而，磁控溅射设备和研发成本都比较高，同时也需要非常高的真空度，这增加了成本和操作难度。
化学气相沉积是一种成本相对较低的方法，可以制造均匀和纯净的薄膜。
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。
光学薄膜制备技术与应用探究
光学薄膜制备技术与应用探究随着科技的发展，光学在现代工业、生物医学、通信、信息处理等领域的应用越来越广泛，而光学薄膜作为光学器件生产制造的重要材料，对于提高器件的性能和降低成本十分关键。
本文将重点探究光学薄膜制备技术和应用。
一、光学薄膜制备技术1.溅射法溅射法是目前最为成熟的光学薄膜制备方法之一。
它利用离子束或电子束轰击靶材，靶材表面的原子或分子被抛出，形成高能离子和原子束，然后被沉积在基底表面成为薄膜。
溅射法具有较高的原子利用率和较均匀的沉积厚度分布，广泛应用于制备多种光学薄膜，如金属膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用化学反应在气相中生成沉积物的方法。
它可以在特定条件下使气相中的化学物质分子分解，并在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积法具有高沉积速率和广泛的沉积物种类，可制备不同性质、不同组成的光学薄膜。
3.离子束共沉积法离子束共沉积法是在离子束轰击靶材的同时，向靶材表面注入气体分子，通过化学反应在基底表面生成薄膜。
离子束共沉积法可以制备纯度高、致密度大的光学薄膜。
4.离子束抛光法离子束抛光法是通过利用离子束对物体表面进行抛光，去除表面缺陷，提高基底表面的光学质量，然后在抛光后的基底表面沉积光学薄膜。
离子束抛光法可制备高质量、高精度的光学器件。
二、光学薄膜应用案例光学薄膜在现代工业、生物医学、通信、信息处理等领域得到广泛应用，以下列举几个典型的应用案例。
1.光学薄膜在激光器中的应用激光器是一种利用光的放大效应产生一束高亮度、高密集度、高能量的光源，广泛用于医学、工业、军事等领域。
光学薄膜在激光器中起着关键作用，它可以用来增强激光器的输出功率、提高工作效率、保护光学元件表面。
2.光学薄膜在光电子器件中的应用光电子器件是一种能够将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号的器件，广泛应用于通信、计算机、医疗等领域。
光学薄膜是光电子器件中的关键元件之一，如激光器、电视机中的观看窗口、摄像机中的多层反射镜片等。
现代光学薄膜技术pdf
现代光学薄膜技术pdf
现代光学薄膜技术是指利用薄膜材料和相关工艺制备具有特定光学性能的薄膜结构，以满足不同应用领域对光学特性的要求。
它在光学元件制造、光学涂层、光学器件等领域具有广泛应用。
光学薄膜技术主要包括以下几个方面：
1.薄膜材料选择：根据不同的光学要求，选择合适的材料作为薄膜的基底或涂层材料。
常用的薄膜材料包括金属、氧化物、氟化物、硅等。
2.薄膜设计：通过光学薄膜设计软件进行光学薄膜的设计，确定所需的反射、透射、吸收等光学性能。
设计时需要考虑波长范围、入射角度、偏振状态等因素。
3.薄膜制备：常用的薄膜制备技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射、离子束沉积等。
这些技术可用于在基底表面沉积薄膜材料，形成所需的光学性能。
4.薄膜性能测试：对制备好的光学薄膜进行性能测试，包括反射率、透过率、吸收率、膜层厚度等参数的测量。
常用的测试方法有分光反射光谱法、椭偏仪法等。
现代光学薄膜技术广泛应用于光学镜片、滤光片、
透镜、激光器、光纤通信等领域。
它可以改变光的传播和相互作用方式，实现对光的控制和调节，提高光学元件的性能和功能，满足不同应用的需求。
薄膜光学技术_第02章 03 中性分光膜
1.68
22
多层分光膜G/ (HL) 8 /G 45度入射
基片折射率1.66， 2.38，1.35
23
例题
在硅基底（折射率3.5）上镀3微米到5微米的 分光膜，角度为45，分光比为1：1，材料为硫 化锌和氟化镁，计算4微米处的反射率？
多层分光膜 G/(HL)82H/G 45度入射 基片折射率3.5， 膜层折射率2.38，1.35 设计波长4600
25
M
p
M HpM Lp
c os H
i Hp sin H cos L
8
i
Hp
sin L
iHp sin H cos H iLp sin L cos L
Ms
M Hs M Ls
c os H
iHs sin H
i Hs
0
1 2 90o
所以有： n1 cos 1 n2 cos 2
又因为： n1 sin 2 n2 sin 1
消去θ2,得Rp=0的入射角θ1=θB
B arctgn2 n1
θB叫布儒斯特角或偏振角。 20
增加S偏振 光的反射率 H,L同时满足布儒斯特角， nH nL 对p分量有效折射率相等: cos H cos L 并符合折射定律: nH sin H nL sin L ns sin s
sin H
c os L
cos H iLs sin L
i Hs
sin
L
8
cosL
Yp
Cp Bp
, Ys
Cs Bs
Rs
薄膜光学技术_第02章 06+07 偏振分光膜和消偏振薄膜
全介质规则膜系在光学薄膜器件中的重要性
1）反射镜、激光谐振腔 ( LH )S
2）中性分束镜 G/ (HL) 8 /G、 G/2LHLHL/A
3）截止滤光片 4）带通滤光片
H 2
L
H 2
S
、
L 2
H
L 2
S
2 L 2 H 2 Lm 3 3 3
3
（2）(LH)9 stack
λmax 00 550nm
Rmax 0.9994
Rs-max 0.9994
Rp-max 0.9994
Δλs 480-650
Δλp 480-650
300 530nm 0.9992 0.9997 0.9987 440-630 460-620
500 510nm 0.9984 0.9999 0.9969 430-620 450-590
所谓消偏振就是使光学导纳的偏振分离量ΔY=1。 应当注意的是：一个完整的消偏振设计，既需要对
膜系进行，也需要对入射介质和基底介质进行。
16
2.7.2 宽波段消偏振
1.“金属-介质”组合膜系 例：G/H metal H/G 其中 metal —— Ag
Rp Rs
G| 1.18H Ag(19.2nm) 0.82L 0.02M|A
1. 例如:nH=2.35,nL=1.35, ns=1.52，根据上式计算棱镜 应有的角度θs=50.5° 2.例如:nH=2.35,nL=1.35 ,θs=45° ,则，ns=1.66。
8
中心波长处的反射率为：
R
ηs
ηs
ηH2 ηH2
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5
偏振分光棱镜的结构就是在胶合面镀制HL多层膜。
6
棱镜偏振分光镜的设计：
根据布儒斯特角条件和折射定律确定膜层材料、光 线入射角和棱镜材料。
① tgH nL nH , nH sinH nLsinL =nG sinG
②实现偏振分光的条件：
③对于确定θ0和n，Δn随入射介质n0增大而增大，偏振分离也越大； 因此，①消偏振只能对膜层与周围介质组合、或多层膜系来实现；
②封闭在胶合棱镜中膜层的偏振效应更严重。
15
2.7.1 单波长消偏振
由于①多层膜系的偏振效应来源于光学导纳的偏振分离，
②多层膜系的光学导纳是膜层厚度的复函数， ③多层膜系的光学导纳色散非常严重，所以多层膜系
平板偏振分光镜是基于薄膜材料的P-偏振和S-偏 振的有效折射率不相等这一条件设计的，P-偏振光 的高透射率是通过干涉效应实现的．因此它们的工作 波段比较窄，优点是选择基片和薄膜材料有较大的灵 活性．
这种干涉型偏振镜的基本结构是长波通滤光片
G（0.5HL0.5H）SA。
当然，干涉型偏振分光镜也可以采用用胶合棱镜。
课堂论题十
全介质规则膜系在光学薄膜器件中的重要性
1）反射镜、激光谐振腔 ( LH )S
2）中性分束镜 G/ (HL) 8 /G、 G/2LHLHL/A
3）截止滤光片 4）带通滤光片
H 2
L
H 2
S
、
L 2
H
L 2
S
2
L
2
H
2
L
m
3 3 3
G/(HL)m2H(LH)m/A
G /（HL）m2H(LH)2mL2H（LH ）m /G
nG sinG
nHnL
n
2 H
+n
2 L
12
7
立方棱镜偏振分光镜的设计方法有两种：
在给定nH和nL的情况下，就可以确定出膜层内的折射角θH和θL，
1. 选定棱镜的折射率ns，根据上式计算棱镜应有的角 度θs; 2.选定棱镜的角度(θs=45°)，然后计算棱镜应有的折 射率。
1. 例如:nH=2.35,nL=1.35, ns=1.52，根据上式计算棱镜 应有的角度θs=50.5° 2.例如:nH=2.35,nL=1.35 ,θs=45° ,则，ns=1.66。
13
14
2.7 消偏振膜系
在许多光学系统中，偏振效应将带来偏振像差。 因此，消除偏振效应在许多光学系统中是必须的。
产生偏振效应的原因是有效光学导纳的分离。
定义s和p偏振分量有效导纳的偏振分离量为：
n p n cos
1
1
1
n2 0
sin2 0
s ncos cos2
n2
显然： ①对独立的单层膜来说，Δn永远大于1，单层膜不可能消偏振； ②对分确离定越的小n0；和n，Δn随入射角θ0的减小而降低，即入射角越小，偏振
Rs-max 0.9994
Rp-max 0.9994
Δλs 480-650
Δλp 480-650
300 530nm 0.9992 0.9997 0.9987 440-630 460-620
500 510nm 0.9984 0.9999 0.9969 430-620 450-590
600 500nm 0.9930 0.9999 0.9864 390-600 430-550
2.7.2 宽波段消偏振
1.“金属-介质”组合膜系 例：G/H metal H/G 其中 metal —— Ag
Rp Rs
G| 1.18H Ag(19.2nm) 0.82L 0.02M|A
H:ZnS, L:MgF2, M:Al2O3 G:K9
17
2.7.2 宽波段消偏振
2. 受抑全反射棱镜
如图示，位于棱镜胶合面的单层介质膜，当折射率满
A/LHLH760LHLHLHLH760LHLHLHLH760LHLHL/A
中心波长的意义； 间隔层厚度的意义；间隔层 个数的意义；膜层数的意义。
1
第2章 光学薄膜膜系设计及其应用
2.6（7） 偏振分光膜和 消偏振薄膜
2
2-6 偏振和偏振薄膜 1. 薄膜的偏振效应
（1）. AR coating GHLA
λmin 00 550nm 300 520nm 450 480nm 600 440nm
Rmin/% 0.99 0.999 1.1 2.28
RS/% 0.99 0.81 0.39 0.08
RP/% 0.99 1.19 1.81 4.48
3
（2）(LH)9 stack
λmax 00 550nm
Rmax 0.9994
11
12
3. 金属栅偏振分光镜
原理： 当入射光的波长远大于栅距时，入射光中的电矢量 E
垂直于线栅的偏振光透过线栅，而电矢量 E平行于线栅 的偏振光则被线栅反射。
金属栅偏振器的主要优点是： 工作波段很宽； 全波段内偏振性好； 线栅用良导体制成，吸收可以忽略，抗光损伤阈值
高。所以，金属线栅偏振器是中，远红外区较理想的偏 振器 。
8
中心波长处的反射率为：
R
ηs
ηs
ηH2 ηH2
ηs ηs
ηH ηH
ηL ηL
m1 2 m1
m为膜层的层数，并假定为奇数。
S-偏振光高反射区域的半宽度为：
g s
2
sin
1
ηH ηH
ηL ηL
ss1 19102. 平板型偏振分光膜
在基于布儒斯特角入射的棱镜偏振镜中，各介质 的P-偏振光的有效折射率都是相同的，其间不存在 界面，因而P-偏振光有高的透射并不是干涉的结果 (不产生干涉)．
的光学导纳的偏振分离量很难用一个显函数表达。 也就很难在宽波段实现消偏振设计。
目前，大多数消偏振设计都是针对光学导纳能够明 确用显函数表达的特殊波长进行的。
所谓消偏振就是使光学导纳的偏振分离量ΔY=1。 应当注意的是：一个完整的消偏振设计，既需要对
膜系进行，也需要对入射介质和基底介质进行。
16
足 n1 n0 n2 ，且光线以等于或大于全反射临界角入射
时，通过调整膜层的厚度，由于膜层的作用，就会使全反射受
4
2. 6.1 偏振分束膜
1. 立方棱镜的偏振分光膜——布儒斯特角原理
利用光的偏振效应实现50／50中性分光。 原理：
①当入射角满足布儒斯持角条件时，即
tgθ=
n/ H
n L
，
rp r0p 0, rs 0
②当膜层数增加到足够多时，
rp 0, rs 1
依此，当自然光入射时，在一定的波长范围内，得 到50/50的透射和反射率比，