光学薄膜完整版
光学薄膜技术复习提纲
闭卷考试 120分钟
考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题
1、判断题
1. 光束斜入射到膜堆时，S－偏振光的反射率总是比p－偏振光的反射率高（正确）
2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）
3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收
时的公式（正确）
4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）
5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误）
6. 在斜入射情况下，带通滤光片S－偏振光的带宽比p－偏振光的带宽为大（正确）
7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）
8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）
9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al：0.64-i5.50，Ag：0.050-
i2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）
10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处
的反射率）
第1章薄膜光学特性计算基础
1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相
差恒定。
3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折
射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、麦克斯韦方程组：
6、物质方程：
7、光学导纳：
8、菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅
透射系数。
9、特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数
10、虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是或其整数倍时，该
层存在对于中心波长处的透过率/反射率无影响，因此称为虚
设层。但该层其他波长处的透过率/反射率还是有影响的。
11、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。
12、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：，
13、等效导纳求解的基本思想：
14、薄膜的位相厚度：；有效光学厚度：；光学厚度：；几何厚度：。
15、单层介质膜层反射率的双重周期性：光学厚度和光波频率。
16、膜系的透射率 T 与光的传播方向无关.
17、由等效导纳计算的单层薄膜的反射率：
18、膜系等效定理
任意一个多层介质膜系都可以等效成双层膜；
只有对称结构的多层膜可以等效成一个单层膜。
一、典型膜系
㈠ 减反射膜（增透膜）
1、减反射膜的主要功能是什么？
是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。
★2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算
★3、掌握常见的多层膜系表达，例如G︱H L︱A代表什么？G︱2 H L︱A？
★5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。为了在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果，常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
★6、V形膜、W形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。P16—17 V——G︱HL︱A
W——G︱2HL︱A
4、减反膜几个重要的技术指标
使用的波段
使用的角度或者角度范围
剩余反射率要求
使用环境
在激光领域还有激光阈值要求
㈡高反射膜
★1、镀制金属反射膜常用的材料有铝（Al）、银（Ag）、金（Au）、铬等。
★2、金属反射膜四点特性。P29
①高反射波段非常宽阔，可以覆盖几乎全部光谱范围，当然，就每一种
具体的金属而言，它都有自己最佳的反射波段。
②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。如Al、Cr、Ni（镍）与
玻璃附着牢固；而Au、Ag与玻璃附着能力很差。
③金属膜层的化学稳定性较差，易被环境气体腐蚀。
④膜层软，易划伤。
㈢分光膜
1、什么是分光膜？
中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光， 也即它在一定的波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率和反射率之比值——透反比。因而反射光和透射光不带有颜色，呈色中性。
★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点：
金属分束镜p32
优点：中性好，光谱范围宽，偏振效应小，制作简单
缺点：吸收大，分光效率低。
使用注意事项：光的入射方向
介质分束镜p30
优点：吸收小，几乎可以忽略，分光效率高。
缺点：光谱范围窄，偏振分离明显，色散明显。
4、偏振中性分光膜只适应于自然光和圆偏振光的中性分束；
5、偏振中性分光膜分出的两束光，光强相等，但偏振状态不同，是两束振动方向互相垂直的线偏振光。因此，也将其称为偏振分光（束）膜。
5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振，实现50/50中性分光。㈣、截止滤光片
★1、什么是截止滤光片？什么是长波通、短波通滤光片？p33
截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反
射的干涉截止滤光片。
抑制短波区、透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片。
抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。
㈤、带通滤光片
★1、什么是带通滤光片？P58
在一定的波段内，只有中间一小段是高透射率的通带，而在通带的两侧是高反射率的截止带。
2、 薄膜制造技术
1、“真空”是干法镀膜的基础，是光学镀膜机的基础。
1、热蒸发真空镀膜设备主要由三大部分组成：①②③三个系统
p109～111
真空系统、热蒸发系统、膜层厚度控制系统。
冷阱：挡油器，阻止油蒸气进入真空室。
★2、热蒸发法的基本原理。P111
把被蒸发材料加热到蒸发温度，使之蒸发淀积到放置在工件架上的零件表面，形成所需要的膜层。
4、真空系统组成；真空系统:真空室、抽真空设备、真空检测设备
真空;压强低于一个大气压的任何气态空间
真空度；表征真空的物理量。实际上是用气体压强来表示的。压强越小，真空度越高
真空区可分成哪几个部分？粗真空：＞103Pa；低真空：103～10－1 Pa；
高真空：10－1～ 10－6 Pa；超高真空：＜10－6Pa
★3、真空度的计量；采用与压强相同的方法和单位。低压强对应高真空度，高压强对应低真空度。单位；pa，1标准大气压
=760mmHg=1.01325×10 5 Pa，量度单位：帕斯卡（Pa）
1mmHg=133.3Pa; 1Torr(托)=133.3Pa; 1mbar(毫巴)＝0.75 Torr＝100 Pa
用真空计仪器进行真空度的测量？P112
★4、PVD所需真空度基本确定原则。P112
气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离。
★5、旋片式机械泵工作原理。P113
采用旋片式的转子和定子组成，随着转子的旋转，不断地进行吸气、压缩和排气的循环过程，使连到机械泵的真空室获得真空。
★6、油扩散泵的工作原理。P114，p115图3.3.4
★7、罗茨泵的结构、工作原理。P116
★8、低温冷凝泵的工作原理。P116
请归纳下表：
旋片式机械泵采用旋片式的转子和定子组成，随着转子的旋转，不断地进行吸气、压缩和排气的循环过程，使连到机械泵的真空室获得真空。
油扩散泵加热真空油使之蒸发，油蒸汽沿泵芯导向管道向上喷射，遇到伞形喷嘴改变运动方向，向斜下方喷出，油蒸汽俘获由进气口扩散进入泵腔的气体分子，一同运动到泵壁，沿泵壁向下流动，达到油槽时，气体分子遇热蒸发，被与排气口连接的机械泵抽走。
罗茨泵罗茨泵在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间内，再经排气口排出。在转子之间，转子与泵壳
内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。。。。。。。。。
低温冷凝泵低温冷凝泵是一种利用低温冷凝和低温吸附原理抽气的真空泵。是无油高真空环境 获得的设备。
★9、PVD使用的高真空系统（图3.3.7）工作原理。P117
9、真空测量：
1.热电偶真空计。
2.热阴极电离真空计。
3.冷阴极电离真空计。
★11、什么是电阻加热法？p120
把薄片状或线状的高熔点金属（经常使用的是钨、钼、钛）做成舟箔或丝状的蒸发源，装上
蒸镀材料，或用坩埚装上蒸镀材料，让电流通过蒸发源加热蒸镀材料使其蒸发，这就是电阻加热法。
电阻加热法不能蒸发高熔点材料。
★12、什么是电子束加热法？e型电子枪？p121
e型电子枪：电子枪灯丝经高温加热后，产生热电子发射，这些热发射
电子经阴极（灯丝）和阳极之间的高压电场加速，并聚焦成束，在线圈
磁场的作用下，电子束产生270°角的偏转（电子束轨迹成e型）到达坩
埚蒸发源材料的表面，使电子束所带有的巨大的动能转化为热能，对材
料进行迅速加热，造成局部高温而汽化蒸发。
电子束加热法可蒸发高熔点材料。
★13、什么是溅射？p123
★14、什么是辉光放电溅射？p123
★15、什么是磁控溅射？p126
★16、什么是离子束溅射？p128
★17、什么是离子镀？p130
膜料加热蒸发，将基片作为阴极，蒸发源作阳极，充入惰性气体
（如氩）以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子或原子发生电离，在强
电场加速下轰击并沉积在零件表面。
//★18、热蒸发镀膜与离子镀的绕射特性比较。P131 ★19、什么是离子辅助镀？p134
在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器——离子源，产生离子束，在
热蒸发进行的同时，用离子束轰击正在生长的膜层，形成致密均匀结
构，使膜层的稳定性提高，达到改善膜层光学和机械性能的目的。
请归纳下表：（镀膜方法不归纳，复习到这儿又是很乱）
电阻加热法把薄片状或线状的高熔点金属做成舟箔或丝状的蒸发源，装上蒸镀材料，或用坩埚装上蒸镀材料，让电流通过蒸发源加热蒸镀材料使其蒸发。
电子束加热法将电子束集中轰击薄膜材料的一部分，造成局部高温而汽化蒸发。
溅射用高速正离子轰击膜料（靶）表面，通过动量传递，使其分子或原子获得足够的动能而从靶表面逸出（溅射），在被镀零件表面凝聚成膜。
辉光放辉光放电是在真空度约为10 ～10 Pa的真空中，在两个电极之间加上高电压时产生的放电现象。利用电极间的辉光放电进
电溅射行溅射。
磁控溅射利用磁场与电子交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。
离子束溅射用离子源发射的高能离子束直接轰击靶材，使靶材溅射、沉积到零件表面成膜。
离子镀蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。
离子辅助镀在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器——离子源，产生离子束，在热蒸发进行的同时，用离子束轰击正在生长的膜层，形成致密均匀结构，使膜层的稳定性提高，达到改善膜层光学和机械性能的目的。
18、什么是等离子体
等离子状态使指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。
19溅射与热蒸发镀膜技术比较
与热蒸发镀膜技术比较：
优点为：
膜层在基片上的附着力强，
膜层纯度高，
膜厚可控性和重复性好，
可同时溅射多种不同成分的合金膜或化合物；
缺点为：
需制备专用镀料，
靶利用率低。
离子镀兼有热蒸发的高成膜速率和溅射高能离子轰击的致密膜层的双优效果
3、 光学薄膜制造工艺
获得光学薄膜两种工艺（PPT-3）
获得光学薄膜两种工艺：物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）
和化学液相沉积（CLD）
1、光学薄膜的光学常数：折射率和厚度。
2、膜层折射率误差来源
1）膜层的填充密度，也叫聚集密度。它是膜层的实材体积和膜层的几何轮廓之比。
2）膜层的微观组织物理结构(晶体结构)。即使用同样的膜层材料，采用不同的物理气态沉积技术（PVD），得到的膜层具有不同的晶体结构状态，具有不同的介电常数和折射率。
3）膜层的化学成分。采用PVD的热蒸发技术制造光学薄膜几乎每一种化合物的膜层材料蒸发时都会有一定程度的热分解。沉积在基板表面的膜层是蒸发源材料热分解后又在零件表面再次化合反应的化合物膜层、分解物以及未分解材料的混合物，而且分解、化合反应进行的程度也受不同工艺的影响。最后所得到的是混合物的平均折射率。
3、光学镀膜器件的机械性能: 硬度和牢固度
//提高膜层的机械强度需要考虑哪些工艺参数？请简要说明原因。
提高膜层的机械强度需要考虑的工艺参数为：
1）真空度的提高，聚集密度增大，牢固度增加，膜层结构得到改善，化学成分变纯但应力增加。
2）沉积速率提高，聚集密度增大，膜层结构得到改善，光散射变小，牢固度增加。提高沉积速率的途径为增加蒸发源的面积和提高蒸发源的温度。
3）基片温度的提高，有利于将吸附在基片表面的剩余气体分子排除，增加基片和沉积分子之间的结合力；同时会促使物理吸附向化学吸附转化，使膜层更加致密。但温度过高会使膜层变质。
4、薄膜聚集密度P:
1、真空镀制光学薄膜的基本工艺过程。P140
5、影响薄膜聚集密度的因素:基片温度；沉积速率；真空度；沉积入射角；离子轰击。
★6、基片清洁的影响。P141
残留在基片表面的污物和清洁剂将导致：
(1)膜层对基片的附着力差；
(2)散射吸收增大抗激光能力差；
(3)透光性能变差。
7、控制折射率的主要工艺途径
控制折射率的主要途径有：
1）真空度。真空度的提高，聚集密度增大，折射率会相应提高。
2）基片温度。提高基片温度可以促进沉积的膜料分子与剩余气体分子的化学反应，改变膜层的结晶形式和晶格常数，从而改变折射率。
3）膜料蒸气分子到基片的入射角。影响膜层的生长特性和聚集密度，
所以影响膜层的折射率。小的入射角有利于提高折射率。
4）沉积速率。提高蒸发速率，使膜层颗粒细而致密，折射率也会提高。
8、提高沉积速率的方法
提高沉积速率的方法：提高蒸发源的温度和增大蒸发源的面积。
9、淀积技术有哪两种？试比较其特点。
★6、什么是目视法膜厚控制？如何根据反射光的颜色近似判断薄膜的光学厚度？互补判断。p148
利用人眼对薄膜厚度变化时引起光束透过强度的变化，或薄膜的干涉色的变化，来判断膜层的厚度。
根据薄膜干涉色的变化来控制膜厚是因为当单层薄膜的光学厚度为λ/4，薄膜的折射率为基底折射率的平方根时，则对波长为λ的光而言，产生零反射。而对其他波长的光仍有不同程度的反射。这样，如果入射光是白光，因反射光缺少某些颜色的光而带有颜色，颜色的变化决定于光学厚度的变化。对于一定的颜色，必定相应地对应一定的厚度，于是就可以根据反射光的颜色近似判断薄膜的光学厚度。
7、什么是极值法？
对垂直入射的光，当介质薄膜的光学厚度nd=π／4时，薄膜的反射和透过就会出现一个极值。
根据薄膜的这种特性，能够比较精确地控制薄膜的厚度。当记录器上出现一个极值时，我们就知道，现在薄膜的光学厚度是控制波长的λ/4。
8、什么是石英晶振法？p152
当晶片上镀了某种膜层，使晶片的厚度增大，则晶片的固有频率会相应的变化。石英晶体膜厚监控仪是通过测量频率或与频率有关的参量的变化而监控淀积薄膜的厚度。
9、什么是宽光谱膜厚监控？p154
宽光谱膜厚监控是采用宽光谱快速扫描光度计与计算机联合监控膜厚。利用实测的光谱曲线与理论光谱曲线进行比较，以评价函数表示比较结
果并将其返回给控制系统，从而及时修正所镀曲线的误差。
10、可以获得均匀膜层厚度的蒸发源与零件位置：p158
1)点状蒸发源置于被镀件所在球面的球心；
2)面状蒸发源位于被镀件所在的同一球面上。
★11、改善膜层厚度均匀性的措施：p158
1)采用行星夹具
2)增设膜层厚度调节板
17、晶控与光控比较：
光控：
①直接控制光学膜层的目标特性参数T或 R；
②不同膜层的厚度误差有相互补偿作用；
③对膜层厚度的控制精度较低。
晶控：
①控制精度高（1埃），易实现自动控制；
②可直接监控成膜速率，便于工艺稳定重复和闭环控制；
③可控制任意厚度；
④温度对石英晶片的 f 影响大，需要恒温措施(增加水冷却装置)。
18、真空热蒸发技术中影响膜层性能的主要工艺因素有：
真空度、蒸发速度、烘烤温度、基底表面洁净度。
15、任意厚度的薄膜厚度监控技术
1）石英晶体监控；
石英晶体具有压电效应。其固有频率不仅取决于几何尺寸和切割类型，还与其厚度有关。厚度的改变使得固有频率发生变化。
2）单波长监控；
其实质是光电极值法。数值计算出膜层厚度与不同波长的反射率关系得到某一厚度对应的极值波长。
3）宽光谱扫谱
在很宽的波长范围内监视薄膜特性。直观、精度高。其方法是在镀膜前将所计算出的宽光谱范围法的透过率特性与镀膜时的实测数值比较，不断修正，比较值最小时即停止镀膜。
★四、常用光学薄膜材料
1、常见的金属薄膜有哪些？p182
铝、银、金和铬。
2、铝膜、银膜、金膜的特性p182
铝是金属膜中唯一从紫外(0.2μm)到红外(30μm)均具有较高反射率的材料。铝膜对玻璃衬底的附着力较好，机械强度和化学稳定性相对较好，可以满足在多种场合下用做外反射膜。
银膜的优点在可见与红外波段均具有最高的反射率，用做分光薄膜有良好的中性和很小的偏振差异。缺点是紫外区域反射率低，与玻璃的附着较差，机械强度和化学稳定性不佳，易于氧化或者硫化。常用做胶合零件和内反射零件，用做外反薄膜需要选择合适的保护层。
金膜只有在波长大于800nm的红外区域才表现出高反射特性，薄膜自身拥有良好的化学稳定性，所以常用做红外系统中的外反射镜，不需特别的保护层。金膜与玻璃的附着力不高，可以用铬或者钛作附着力增强层。新蒸发的金膜往往较软，经过一周的放置以后硬度会有所增加。
铬膜的最大优点是在可见光区的分光特性几乎呈中性，在玻璃上的牢固性极佳，吸收特性受沉积条件的影响较小，提高沉积温度有助于提高其反射率。铬膜光学特性的长期稳定性好。铬膜的缺点是吸收较大。
3、常见的介质薄膜材料有哪些？p183
氟化物、硫化物（ZnS）和氧化物（氧化钛Zr02、氧化锆TiO2和氧化硅Si02）
最新《薄膜光学与技术》2012期末考试试题A-答案
2012-2013学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A 卷） 参考答案及评分标准 一、填空题 （每空1分，共24分） 1、在折射率为3.5的基底表面镀单层减反射膜，对于4000nm 的光波，理论上能 达到最佳减反射效果的薄膜折射率为： 1.8708 ，需要镀制的薄膜光学厚度 为 1000 nm 。 2、若薄膜的折射率为n ，光线在薄膜内的折射角为θ，则s 、p 光的修正导纳分 别为 ncos θ 、 n/cos θ 。 3、对于波长为λ的光来说，单层膜的光学厚度每增加 λ/4 ，薄膜的反 射率就会出现一次极值变化。当薄膜的折射率小于基底折射率时，出现的第一个 反射率极值是 极小 （极大、极小）值。 4、虚设层的形成条件是： 薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍 。 5、周期性对称膜系(pqp)s 的等效折射率和 基本周期/pqp 的等效折射率完 全相同，其等效位相厚度等于 基本周期的s 倍 。 6、折射率为n 1，光学厚度为λ0/4，基底的折射率为n s ，那么，该单层膜与基底 的组合导纳为： s n n Y 21 7、介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的 折射率 有关，折射率 差值越大 ， 高反射带越宽。 8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量 真空 的目的。 9、镀膜室内真空度高表明气体压强 小 ，真空度低则气体压强 大 。 10、薄膜几何厚度的监控通常用 石英晶振 膜厚仪来实现，光学厚度常常采 用 光电 膜厚仪来监控。 11、采用PVD 技术制造薄膜器件时，薄膜折射率的误差主要来自三个方面： 膜 层的聚集密度 、 膜层的微观组织物理结构 、 膜层的化学成分 。 12、改善膜层厚度均匀性的措施包括 旋转夹具 和 膜层厚度调节板 。 13、采用光电极值法监控膜厚，如果需要镀制光学厚度为900nm 的薄膜，在 500-700nm 范围内，可以选取的监控波长为 600 和 514.3 nm 。
光学薄膜技术
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
光学薄膜技术第三章 薄膜制造技术
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。普通所说的 真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。 先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作，而且在高真空泵（如油扩散泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程度。 小型镀膜机的真空系统 低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱
光学薄膜技术第二章课件
典型膜系介绍 根据其作用可以将光学薄膜的类型简单的分为： 1、减反射膜或者叫增透膜 2、分束膜 3、反射膜 4、滤光片 5、其他特殊应用的薄膜 一. 减反射膜（增透膜） 在众多的光学系统中，一个相当重要的组成部分是镜片上能降低反射的镀膜。在很多应用领域中，增透膜是不可缺少的，否则，无法达到应用的要求。 就拿一个由18块透镜组成的35mm 的自动变焦的照相机来说，假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射，没有增透的镜头光透过率为23%，镀有一层膜（剩余的反射为%）的镜头光透过率为%，镀多层膜（剩余的反射为%）的为%。 大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射光的破坏。此外，宽带增透膜可以提高象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强。 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 为： 例，折射率为的冕牌玻璃，每个表面的反射约为%，折射率较高的火石玻璃表面的反射更为显著。 这种表面反射造成了两个严重的后果： ①光能量损失，使像的亮度降低； ②表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也达到像平面，使像的衬度降低，分辨率下降，从而影响光学系统的成像质量。 减反射膜，又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。 最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低 的介于空气折射率和光学元件折射率之间的薄膜。以使某些颜色的单色光在表面 R T n n n n R -=???? ??+-=12 1010透射率
光学薄膜应用及实例
光学薄膜应用及实例 光学薄膜是利用薄膜对光的作用而工作的一种功能薄膜，光学薄膜在改变光强方面可以实现分光透射、分光反射、分光吸收以及光的减反、增反、分束、高通、低通、窄带滤波等功能。光学薄膜的种类有很多，这些薄膜赋予光学元件各种使用性能，在实现光学仪器的功能和影响光学仪器的质量方面起着重要的或者决定性的作用。 传统的光学薄膜是现代光学仪器和各种光学器件的重要组 成部分，通过在各种光学材料的表面镀制一层或多层薄膜，利用光的干涉效应来改变透射光或反射光的光强、偏振状态和相位变化。薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm 到几十、上百个μm。光学薄膜可以得到很好的牢固性、光学稳定性，成本又比较低，几乎不增加材料的体积和重量，因此是改变系统光学参数的首选方法，甚至可以说没有光学薄膜就没有现代的光学仪器和各种光学器件。在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论—薄膜光学。光学薄膜已广泛应用于各种光学器件(如激光谐振腔、干涉滤波片、光学镜头等)，不仅如此它在光电领域中的重要作用亦逐渐为人们所认识。光学薄膜是TFT-LCD面板制造的关键材料，它们为液晶显示提供一个均匀，明亮且饱满的面光源系统。（光
行天下配图） 减反射膜 假定光线垂直入射在表面上，这时表面的反射光强度与入射光的强度比值(反射率)只决定于相邻介质的折射率的比值： 折射率为1.52 的冕牌玻璃每个表面的反射约为4.2%左右．折射率较高的火石玻璃则表面反射更为显著。这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面使象的衬度降低图象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统都包含了很多个与空气相邻的表面，如不镀上增透膜其性能就会大大降低。应用于可见光谱区的光学仪器非常多，就其产量来说占据了减反射膜的绝大部分，几乎在所有的光学器件上都要进行减反处理。 单层减反膜是应用非常广泛的薄膜，也是最简单的膜系。考虑垂直入射的情况，即i = 0，并令 这时基片表面反射率完全被消除。在入射介质为空气的情况下，n0 =1，则在可见光区使用得最普遍的是折射率为1.52 左右的冕脾玻璃。理想的增透膜的折射率为1.23，但是至今能利用的薄膜的最低折射率是1.38( 氯化镁)。这虽然不很理想但也得到了相当的改进。当ns=1.52，nf=1.38，n0=1.0 时，由式(3)可得最低反射率为1.3%，即镀单层氟化镁后中心波 长的反射率从4.2%降至l.3%左右，整个可见光区平均反射
光学薄膜的研究进展和应用
光学薄膜的研究进展和应用 【摘要】本文介绍了光学薄膜的工作原理，并对光学薄膜的传统光学领域的应用做了简要的概述。又简要说明现代光学薄膜典型应用，对光学薄膜的制备加以介绍，最后介绍了光学薄膜的发展前景。 【关键词】光学薄膜；薄膜应用；薄膜制造； 1.光学薄膜原理简述 所谓光学薄膜是指其厚度能够光的波长相比拟，其次要能对透过其上的光产生作用。具体在于其上下表面对光的反射与透射的作用。光学薄膜的定义是：涉及光在传播路径过程中，附著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是光的偏振分离等各特殊 形态的光。 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，其表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫散射；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，形成了薄膜的各向异性；膜层具有复杂的时间效应。不同物质对光有不同的反射、吸收、透射性能，光学薄膜就是利用材料对光的这种性能，并根据实际需要制造的。 2.光学薄膜的传统应用 光学薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。减反射膜，是应用最广泛的光学薄膜，它可以减少光学表面的反射率而提高其透射率。对于单一波长，理论上的反射率可以降到零，透射率为100%；对于可见光谱段，反射率可以降低到0.5%，甚至更低，以保证一个由多个镜片组成的复杂系统有足够的透射率和极低的杂散光。现代光学装置没有一个是不经过减反射处理的。由于其具有极低的反射率和鲜艳的表面颜色，现代人们日常生活中的眼镜普遍都镀有减反射膜。 高反射膜，能将绝大多数入射光能量反射回去。当选用介质膜堆时，由于薄膜的损耗极低，随着膜层数的不断增加，其反射率可以不断地增加（趋近于100%）。这种高反射膜在激光器的制造和激光应用中都是必不可少的。 能量分光膜，可将入射光能量的一部分透射，另一部分反射分成两束光，最
光学薄膜技术及其应用
光学薄膜技术及其应用 张三1409074201 摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。 关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备 引言： 光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。 光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。 本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。 正文： 1.光学薄膜的原理 光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。 2.光学薄膜的性质及功能 光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。 不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。 3.传统光学薄膜和新型光学薄膜 3.1传统光学薄膜 传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。光波是一种电磁波，根据其波长的不同可分成红外线、可见光和紫外线等，当光波投射到物体上时，有一部分在它表面上被反射，其余部分经折射进入到该物体中，其中有一部分被吸收变为热能，剩的部分透射。不同的物质对光有不同的反射、吸收、透射性能，光学薄膜就是利用材料对光的这种性能，并根据实际需要制造的。 传统光学薄膜就是利用材料的这种特性，对光线产生特异性行为。传统光学薄膜有反射膜、增透膜、滤光膜、纳米光学薄膜、偏振膜、分光膜、和位相膜等。 3.2新型光学薄膜 现代科学技术特别是激光技术和信息光学的发展，光学薄膜不仅用于纯光学器件，在光电器件、光通信器件上也得到广泛的应用。近代信息光学、光电子技术及光子技术的发展，对光学薄膜产品的长寿命、高可靠性及高强度的要求越来越高，从而发展了一系列新型光学薄膜及其制备技术，并为解决光学薄膜产业化面临的问题提供了全面的解决方案，包括高强度激光器、金刚石及类金刚石膜、软Ｘ射线多层膜、太阳能选择性吸收膜和光通信用光学膜等。
《薄膜光学与技术》期末测验试题A答案
《薄膜光学与技术》期末测验试题A答案
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2012-2013学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A 卷） 参考答案及评分标准 一、填空题 （每空1分，共24分） 1、在折射率为3.5的基底表面镀单层减反射膜，对于4000nm 的光波，理论上能达到最佳减反射效果的薄膜折射率为： 1.8708 ，需要镀制的薄膜光学厚度为 1000 nm 。 2、若薄膜的折射率为n ，光线在薄膜内的折射角为θ，则s 、p 光的修正导纳分别为 ncos θ 、 n/cos θ 。 3、对于波长为λ的光来说，单层膜的光学厚度每增加 λ/4 ，薄膜的反射率就会出现一次极值变化。当薄膜的折射率小于基底折射率时，出现的第一个反射率极值是 极小 （极大、极小）值。 4、虚设层的形成条件是： 薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍 。 5、周期性对称膜系(pqp)s 的等效折射率和 基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于 基本周期的s 倍 。 6、折射率为n 1，光学厚度为λ0/4，基底的折射率为n s ，那么，该单层膜与基底的组合导纳为： s n n Y 21 7、介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的 折射率 有关，折射率 差值越大 ，高反射带越宽。 8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量 真空 的目的。 9、镀膜室内真空度高表明气体压强 小 ，真空度低则气体压强 大 。 10、薄膜几何厚度的监控通常用 石英晶振 膜厚仪来实现，光学厚度常常采用 光电 膜厚仪来监控。 11、采用PVD 技术制造薄膜器件时，薄膜折射率的误差主要来自三个方面： 膜层的聚集密度 、 膜层的微观组织物理结构 、 膜层的化学成分 。 12、改善膜层厚度均匀性的措施包括 旋转夹具 和 膜层厚度调节板 。 13、采用光电极值法监控膜厚，如果需要镀制光学厚度为900nm 的薄膜，在
光学薄膜现代分析测试方法
一、金相实验室 ? Leica DM/RM 光学显微镜 主要特性：用于金相显微分析，可直观检测金属材料的微观组织，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脱碳层、氮化层及焊接、冷加工、铸造、锻造、热处理等等不同状态下的组织组成，从而判断材质优劣。须进行样品制备工作，最大放大倍数约1400倍。 ? Leica 体视显微镜 主要特性：1、用于观察材料的表面低倍形貌，初步判断材质缺陷； 2、观察断口的宏观断裂形貌，初步判断裂纹起源。 ?热振光模拟显微镜 ?图象分析仪 ?莱卡DM/RM 显微镜附 CCD数码照相装置 二、电子显微镜实验室 ?扫描电子显微镜(附电子探针) (JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335) 主要特性： 1、用于断裂分析、断口的高倍显微形貌分析，如解理断裂、疲劳断裂（疲劳辉纹）、晶间断裂（氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蚀形貌、侵蚀产物分析及焊缝分析。 2、附带能谱，用于微区成分分析及较小样品的成分分析、晶体学分析，测量点阵参数/合金相、夹杂物分析、浓度梯度测定等。 3、用于金属、半导体、电子陶瓷、电容器的失效分析及材质检验、放大倍率：10X—300,000X；样品尺寸：0.1mm—10cm；分辩率:1—50nm。 ?透射电子显微镜（菲利蒲 CM-20,CM-200） 主要特性： 1、需进行试样制备为金属薄膜，试样厚度须<200nm。用于薄膜表面科学分析，带能谱，可进行化学成分分析。 2、有三种衍射花样：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样。斑点花样用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件。菊池线花样用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体精确取向、布拉格位移矢量、电子波长测定。会聚束花样用于测定晶体试样厚度、强度分布、取向、点群、空间群及晶体缺陷。 三、X射线衍射实验室 ? XRD-Siemens500—X射线衍射仪 主要特性： 1、专用于测定粉末样品的晶体结构（如密排六方，体心立方，面心立方等），晶型，点阵类型，晶面指数，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各组成相的含量及类型的测定。测试时间约需1小时。 2、可升温（加热）使用。 ? XRD-Philips X’Pert MRD—X射线衍射仪 主要特性： 1、分辨率衍射仪，主要用于材料科学的研究工作，如半导体材料等，其重现性精度达万分之一度。 2、具备物相分析（定性、定量、物相晶粒度测定；点阵参数测定），残余应力及织构的测定；薄膜物相鉴定、薄膜厚度、粗糙度测定；非平整样品物相分析、小角度散射分析等功能。 3、用于快速定性定量测定各类材料（包括金属、陶瓷、半导体材料）的化学成分组成及元素含量。如：Si、P、S 、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等，精确度为0.1%。 4、同时可观察样品的显微形貌，进行显微选区成分分析。
光学薄膜的应用与实例
光学薄膜的应用与实例 【摘要】光学薄膜是利用薄膜对光的作用而工作的一种功能薄膜，光学薄膜在改变光强方面可以实现分光透射、分光反射、分光吸收以及光的减反、增反、分束、高通、低通、窄带滤波等功能。光学薄膜的种类有很多，这些薄膜赋予光学元件各种使用性能，在实现光学仪器的功能和影响光学仪器的质量方面起着重要的或者决定性的作用。 【关键词】光学薄膜；应用 传统的光学薄膜是现代光学仪器和各种光学器件的重要组成部分，通过在各种光学材料的表面镀制一层或多层薄膜，利用光的干涉效应来改变透射光或反射光的光强、偏振状态和相位变化[1]。薄膜可以被镀制在光学玻璃、塑料、光纤、晶体等各种材料表面上。它的厚度可从几个nm到几十、上百个μm。光学薄膜可以得到很好的牢固性、光学稳定性，成本又比较低，几乎不增加材料的体积和重量，因此是改变系统光学参数的首选方法，甚至可以说没有光学薄膜就没有现代的光学仪器和各种光学器件。在两百多年的发展过程中，光学薄膜形成了一套完整的光学理论—薄膜光学。光学薄膜已广泛应用于各种光学器件（如激光谐振腔、干涉滤波片、光学镜头等），不仅如此它在光电领域中的重要作用亦逐渐为人们所认识。 1. 减反射膜 假定光线垂直入射在表面上，这时表面的反射光强度与入射光的强度比值（反射率）只决定于相邻介质的折射率的比值[1]： （1-1） 折射率为1.52的冕牌玻璃每个表面的反射约为4.2%左右.折射率较高的火石玻璃则表面反射更为显著。这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面使象的衬度降低图象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统都包含了很多个与空气相邻的表面，如不镀上增透膜其性能就会大大降低。 应用于可见光谱区的光学仪器非常多，就其产量来说占据了减反射膜的绝大部分，几乎在所有的光学器件上都要进行减反处理。 单层减反膜是应用非常广泛的薄膜，也是最简单的膜系。考虑垂直入射的情况，即，并令 （1-2） 则（若则不计半波损失），即相位差是180°。
LCD用光学薄膜技术与市场简介(20100828)
LCD用光学薄膜技术与市场概述 合肥乐凯科技产业有限公司李宇航 一、我国LCD及光学薄膜产业概述 进入二十世纪，平板显示（FPD）正逐渐取代阴极射线管显示（CRT），成为显示产业的主流。在FPD中以液晶显示（LCD）、等离子体显示器（PDP）和有机电致发光显示器（OLED）等应用比较广泛，其中尤以LCD所占比重最大。 LCD在经历TN（扭曲向列液晶显示）、STN（超扭曲向列液晶显示）、彩色STN阶段后，已发展到TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示）阶段，并且尺寸在不断扩大，目前TFT-LCD已占整个液晶产业收入的87%以上。 TFT-LCD产业是目前世界上产品应用最广、投资最大、发展最快的显示产业，产品主要应用在桌面显示器、笔记本电脑、电视、车载显示器、手机及其他电子显示产品上。在平板显示器各组件的生产过程中和最终产品中，大量使用各种类型的光学级薄膜。 TFT-LCD产业链包括上游薄膜晶体管液晶显示器用各种材料、中游面板及组件、下游电子产品三部分，目前中国大陆下游电子产品市场巨大，并拥有很大的发展潜力，中游面板及组件也在迎头赶上，但上游材料产业明显滞后，部分关键材料产量很少，甚至为零，整个产业链严重失衡。特别是作为LCD及其他平板显示器材所需的光学薄膜材料几乎全部依赖进口，这与我国作为全球最大的LCD终端产品生产国的地位极不相称。。 二、LCD产业链基本结构与LCD模块构造
LCD 产品制造涉及光学、半导体、电机、化工、机械、塑料等等各个领域，产品链中上下游产品所需技术层面级广，没有一个厂商能够从原材料到成品全部都做。因此，各领域分工明显，以下是LCD 产业链的基本结构及LCD 模块构造。 1、LCD 产业链的基本结构 上 游 材 料 中 游 面 板 下 游 应 用 产 品 在LCD 的产业链中，各种不同用途的光学功能薄膜处于产业链的最前端 （基础薄膜的制造厂家群），是LCD 产品的最主要初始原材料。 一般的LCD 模块由液晶组件（LCD cell ）和背光模组（Backlight module ）二大部分组成。 2、LCD 模块基本构造
光学薄膜完整版
光学薄膜技术复习提纲 闭卷考试 120分钟 考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题 1、判断题 1. 光束斜入射到膜堆时，S－偏振光的反射率总是比p－偏振光的反射率高（正确） 2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性） 3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收 时的公式（正确） 4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误） 5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误） 6. 在斜入射情况下，带通滤光片S－偏振光的带宽比p－偏振光的带宽为大（正确） 7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确） 8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误） 9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al：0.64-i5.50，Ag：0.050- i2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝） 10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处 的反射率） 第1章薄膜光学特性计算基础 1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。 2、产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相 差恒定。 3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折 射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。 4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。 5、麦克斯韦方程组： 6、物质方程： 7、光学导纳： 8、菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅 透射系数。 9、特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数 10、虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是或其整数倍时，该 层存在对于中心波长处的透过率/反射率无影响，因此称为虚 设层。但该层其他波长处的透过率/反射率还是有影响的。
光学薄膜技术复习提纲讲解
光学薄膜技术复习提纲 、典型膜系 减反射膜（增透膜） 1、减反射膜的主要功能是什么？ 是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量, 减少或消除系统的杂散光。 ★ 2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算 厂 宀 >2 llo —111 /11；#-1 R= ------------ <山+爲沁+/ ★ 3、掌握常见的多层膜系表达，例如 G| H L | A 代表什么？ G| 2 H L | A ? ★ 4、什么是规整膜系？非规整膜系？ 把全部由入0/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系，反之为非规整膜系。 ★ 5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。 为了在较宽的 光谱范围达到更有效的增透效果，常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。 ★ 6 V 形膜、W 形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。P16-17 ㈡高反射膜 ★ 1、镀制金属反射膜常用的材料有铝（AI ）、银（Ag ）、金（Au ）、铬等。 ★ 2、金属反射膜四点特性。P29 ① 高反射波段非常宽阔，可以覆盖几乎全部光谱范围，当然，就每一种具体的金属而言，它 都有自己最佳的反射波段。 V --G I HL| A / M |=! !膜 / fix 一上 —\ >< WG | 2HL | A 0 400 450 500 550 600 650 700 VUavelsnqth (rm ) 43 2
②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。如Al、Cr、Ni （镍）与玻璃附着牢固；而Au、 Ag与玻璃附着能力很差。 ③金属膜层的化学稳定性较差，易被环境气体腐蚀。 ④膜层软，易划伤。 ㈢分光膜 1什么是分光膜？ 中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光，也即它在一定的 波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率和反射率之比值一一透反比。因而反射光和透射光不带有颜色，呈色中性。 ★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点： 金属分束镜p32 优点：中性好，光谱范围宽，偏振效应小，制作简单 缺点：吸收大，分光效率低。 使用注意事项：光的入射方向 介质分束镜p30 优点：吸收小，几乎可以忽略，分光效率高。 缺点：光谱范围窄，偏振分离明显，色散明显。 5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振，实现50/50中性分光。 ㈣、截止滤光片 ★1、什么是截止滤光片？什么是长波通、短波通滤光片？p33 截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反 射的干涉截止滤光片。 抑制短波区、透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片。 抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。 2、截止光滤片的应用：彩色分光膜。P51 ①图2.4.13分光原理；②解决棱镜式分光元件偏振效应的方法是合理设计分光棱镜的形式，尽可能减小光束在膜面上的入射角。 ㈤、带通滤光片 ★1、什么是带通滤光片？P58
光学薄膜现状研究及发展趋势样本
-2020年中国光学薄膜市场调查研究及发展前景趋势分析报告 报告编号: 1689537
行业市场研究属于企业战略研究范畴, 作为当前应用最为广泛的咨询服务,其研究成果以报告形式呈现, 一般包含以下内容: 一份专业的行业研究报告, 注重指导企业或投资者了解该行业整体发展态势及经济运行状况, 旨在为企业或投资者提供方向性的思路和参考。 一份有价值的行业研究报告, 能够完成对行业系统、完整的调研分析工作,使决策者在阅读完行业研究报告后, 能够清楚地了解该行业市场现状和发展前景趋势, 确保了决策方向的正确性和科学性。 中国产业调研网https://www.360docs.net/doc/754968494.html,基于多年来对客户需求的深入了解, 全面系统地研究了该行业市场现状及发展前景, 注重信息的时效性, 从而更好地把握市场变化和行业发展趋势。
一、基本信息 报告名称: -2020年中国光学薄膜市场调查研究及发展前景趋势分析报告 报告编号: 1689537←咨询时, 请说明此编号。 优惠价: ￥7020 元可开具增值税专用发票 网上阅读: https://www.360docs.net/doc/754968494.html,/R_ShiYouHuaGong/37/GuangXueBoMoChanYeXianZhuang YuFaZhanQianJing.html 温馨提示: 如需英文、日文等其它语言版本, 请与我们联系。 二、内容介绍 由薄的分层介质构成的, 经过界面传播光束的一类光学介质材料。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。 虽然, 光学薄膜产业广泛的被看好, 但当前中国光学薄膜产业还处于起步阶段, 研发力量比较薄弱而且比较分散。中国光学薄膜产业与国外光学薄膜强国相比在技术、设备方面还有很大的差距。而且基础研究及针对光学功能性薄膜的光学设计与开发尚未得到充分重视。当前, 国内光学薄膜产业所需大部分关键原材料特别是学级切片和光学薄膜特种添加剂等原材料, 主要依靠进口。因此国产设备相较于进口设备, 在精度等要求上还不能达标。因关键环节生产制程技术、经验的缺失, 加之原料的差异, 使得当前中国光学薄膜产品主要以中低档产品为主。 随着众多企业的纷纷进军光学薄膜产业, 使得国内的光学薄膜产品质量良莠不齐, 因此需要制定相应的标准, 对光学薄膜产品质量进行规范。近年来中国自主制定了一系列的标准, 不但能够规范光学薄膜产业的质量也为光学薄膜进行检测提供了判断的依据, 还为上光学薄膜下游产业链的联合, 对光学薄膜行业的健康快速的发展起到了很大的促进作用。
《薄膜光学与技术》2012期末考试试题A-答案
2012-2013学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A 卷） 参考答案及评分标准 一、 填空题 （每空1分，共24分） 1、在折射率为3.5的基底表面镀单层减反射膜，对于4000nm 的光波，理论上能达到最佳减反射效果的薄膜折射率为： 1.8708 ，需要镀制的薄膜光学厚度为 1000 nm 。 2、若薄膜的折射率为n ，光线在薄膜内的折射角为θ，则s 、p 光的修正导纳分别为 ncos θ 、 n/cos θ 。 3、对于波长为λ的光来说，单层膜的光学厚度每增加 λ/4 ，薄膜的反射率就会出现一次极值变化。当薄膜的折射率小于基底折射率时，出现的第一个反射率极值是 极小 （极大、极小）值。 4、虚设层的形成条件是： 薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍 。 5、周期性对称膜系(pqp)s 的等效折射率和 基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于 基本周期的s 倍 。 6、折射率为n 1，光学厚度为λ0/4，基底的折射率为n s ，那么，该单层膜与基底的组合导纳为： s n Y 21 7、介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的 折射率 有关，折射率 差值越大 ，高反射带越宽。 8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量 真空 的目的。 9、镀膜室内真空度高表明气体压强 小 ，真空度低则气体压强 大 。 10、薄膜几何厚度的监控通常用 石英晶振 膜厚仪来实现，光学厚度常常采用 光电 膜厚仪来监控。 11、采用PVD 技术制造薄膜器件时，薄膜折射率的误差主要来自三个方面： 膜层的聚集密度 、 膜层的微观组织物理结构 、 膜层的化学成分 。 12、改善膜层厚度均匀性的措施包括 旋转夹具 和 膜层厚度调节板 。
中国光学薄膜WDM产业前景与投资战略研究报告
中国光学薄膜WDM产业前景与投资战略研究 报告 报告前言
光学薄膜WDM是由薄的分层介质构成的，通过界面传播光束的一类光学介质材料。光学薄膜WDM的应用始于20世纪30年代。现代，光学薄膜WDM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WDM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，其表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫散射；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，形成了薄膜的各向异性；膜层具有复杂的时间效应。 根据国家统计局统计的数据，2007年我国光学仪器的产量为26570913台，同比增长了17.94%；2008年我国光学仪器的产量变为30322092台，同比增长了14.12%；到了2018年，全国光学仪器产量达到了26620723台，同比增长了-12.21%。 图表：2007-2018年我国光学仪器产量变化图单位：台
数据来源：国家统计局光学薄膜WDM应用领域及市场前景非常广阔。数字化浪潮对很多传统产业带来的冲击，使很多企业都面临着发展转型的困扰。一方面数字化时代对技术的要求越来越高，另外数字化技术更新换代速度快，这既带来机遇，也带来很多挑战。 正文目录 第一章光学薄膜WDM相关概述 (18) 第一节光学薄膜WDM基础阐述 (18) 一、光学薄膜WDM特性分析 (18) 二、薄膜的参数介绍 (18) 第二节常用光学薄膜WDM特性与应用 (18) 一、反射膜 (18) 二、增透膜 (19)
《薄膜光学与技术》期末考试试题B-标准答案
《薄膜光学与技术》期末考试试题B-答案
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2014-2015学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（B卷） 参考答案及评分标准 一、填空题（每空1分，共25分） 1、薄膜是指附着于基底，且与基底不同质的非自持性涂层。 2、镀制单层介质薄膜时，第二次看到相同的反射色时的膜层光学厚度是第一次看到相同的反射色时膜层光学厚度的 3 倍。 3、K9玻璃上的单层MgF2膜层与单层ZrO2膜层具有相同的反射色调时，MgF2膜层的光学厚度等于（大于、小于、等于）ZrO2膜层的光学厚度。 4、在折射率为3.5的材料表面镀单层减反射膜，材料最佳的折射率为：1.8708 。 5、周期性对称膜系(pqp)s的等效折射率和基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于基本周期的s倍。 6、按照材料状态不同，一般将薄膜分为固体薄膜、气体薄膜和 液体薄膜三类。 7、Torr和Pa是两个常用来表示真空度的单位，它们较为准确的换算关系为：1Torr=133.3Pa 。 8、镀膜室内真空度高表明气体压强小，真空度低则气体压强大。 9、由于极值点的判读精度不高，因此常常采用过正控制、高级次监控、预镀监控片等措施来提高极值法监控精度。 10、电子枪的e型枪是指电子束出射后至坩埚表面的运动方向改变了270度。 11、请写出常用的三种金属镀膜材料：Au 、Ag 、Al 。 12、一般镀膜系统测量真空需要两个真空计：热电偶真空计和电离真空计。 13、采用光电极值法监控膜厚，监控片为K9玻璃（折射率为1.52），如果要镀制单层ZnS薄膜（折射率为2.35），监控的第一个透射率极值点应该是极大值还是极小值：极小值。 14、能够直接用来抽大气的真空泵是机械泵。 15、热蒸发技术常用的蒸发源有电阻蒸发源和电子枪。 二、判断题：先回答以下说法是否正确？然后说明理由或修改正确。（每题4分，共20分）
中国TFT-LCD光学级薄膜现状
中国TFT-LCD光学级薄膜现状 2010年12月10日，由中国光学光电子行业协会液晶分会和日经BP社共同主办的“中国·北京2010国际平板显示产业高峰论坛”在北京国家会议中心隆重举行。本次论坛的主题是“合作、创新与发展——中国FPD产业的机遇和挑战”。来自国家发改委、工业和信息化部、北京市发改委、北京市经信委等政府部门的领导出席了本次高峰论坛。 合肥乐凯副总经理李宇航先生演讲 李宇航：各位领导，女士们，先生们大家早上好，很高兴有机会跟大家在这里进行交流。刚才听了前面几位演讲者演讲，也有一些感慨，特别是京东方陈总对于产业链配套的看法对我们有很大启发，这也是今天我要演讲的题目内容。我演讲的题目是中国TFT-LCD光学级薄膜的一个现状，分三个部分，一个是光学薄膜在TFT-LCD应用，一个是光学薄膜在中国现状，还有我们乐凯公司薄膜产业的发展现状。 这个图表示平板显示产业链示意图，我们通常看到示意图从背光源和液晶模组开始，这个图上可以看到，我们从机模开始。因为我们是做光学级薄膜，基膜应该是产业链一个基础，这是关于产业链。这个图形是一个一般典型液晶模组的图形，从这以下是背光源模组。从
这些模组结构上可以看到，这些模组应用大量功能性薄膜，这些功能性薄膜还要利用到级模进行加工之后形成，这是结构图。 在整个液晶面板上面，整个生产过程中根据统计大概需要这么多各种各样的光学级薄膜。每种需要量还不太一样，整个来讲一块液晶面板需要同等面积10-15倍光学级薄膜的数量。如果再考虑加工过程中需要各种保护膜等等，可能需要15-20倍光学薄膜数量。在同等面积下，需要大量的光学薄膜来才能形成最后FCD的一个产品。 目前这个光学薄膜主要有以下几种。一种是PET，一种是TAC，还有一种PVA。后面两种是作为偏光片薄膜，聚乙烯薄膜就非常广泛。在这三种薄膜基础之上进行加工，我们会得到一些功能性薄膜，都是应用于我们这个FCD主件上。大家非常清楚的是，扩散膜、增量膜、偏光膜、反射膜等等，都称为功能性薄膜。 这个聚酯薄膜是一个主要原始材料，大量利用用反射膜，增量膜等等。在FCD组建当中还需要不同规格薄膜，目前我们国家PED光膜基本上是靠进口，谈到这个我们第二个话题，关于光学薄膜在中国的一个现状。第一个观点，中国目前已经成为平板显示器一个大国。在之前几位演讲者都纷纷表达这样一种概念。 第二个光学薄膜作为最前端的基膜和各种功能性薄膜，在中国几乎是空白，这与中国作为平板显示器生产大国地位极不相称。在薄膜深加工方面基本上也是空白，所有加工产品都来自日本，韩国、欧美
《薄膜光学与技术》2014期末考试试题B-答案
2014-2015学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（B卷） 参考答案及评分标准 一、填空题（每空1分，共25分） 1、薄膜是指附着于基底，且与基底不同质的非自持性涂层。 2、镀制单层介质薄膜时，第二次看到相同的反射色时的膜层光学厚度是第一次看到相同的反射色时膜层光学厚度的 3 倍。 3、K9玻璃上的单层MgF2膜层与单层ZrO2膜层具有相同的反射色调时，MgF2膜层的光学厚度等于（大于、小于、等于）ZrO2膜层的光学厚度。 4、在折射率为3.5的材料表面镀单层减反射膜，材料最佳的折射率为：1.8708 。 5、周期性对称膜系(pqp)s的等效折射率和基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于基本周期的s倍。 6、按照材料状态不同，一般将薄膜分为固体薄膜、气体薄膜和 液体薄膜三类。 7、Torr和Pa是两个常用来表示真空度的单位，它们较为准确的换算关系为：1Torr=133.3Pa 。 8、镀膜室内真空度高表明气体压强小，真空度低则气体压强大。 9、由于极值点的判读精度不高，因此常常采用过正控制、高级次监控、预镀监控片等措施来提高极值法监控精度。 10、电子枪的e型枪是指电子束出射后至坩埚表面的运动方向改变了270度。 11、请写出常用的三种金属镀膜材料：Au 、Ag 、Al 。 12、一般镀膜系统测量真空需要两个真空计：热电偶真空计和电离真空计。 13、采用光电极值法监控膜厚，监控片为K9玻璃（折射率为1.52），如果要镀制单层ZnS薄膜（折射率为2.35），监控的第一个透射率极值点应该是极大值还是极小值：极小值。 14、能够直接用来抽大气的真空泵是机械泵。 15、热蒸发技术常用的蒸发源有电阻蒸发源和电子枪。 二、判断题：先回答以下说法是否正确？然后说明理由或修改正确。（每题4分，共20分）