第二篇-第五章 增透膜
薄膜光学与薄膜技术基础
增透膜设计没有系统的方法可以借鉴， 均匀介质增透膜设计通常是以矢量法进行预 设计，见§4.1节，然后用矩阵方法进行精确 校对，这样就可以消除矢量法的近似影响。 5.1 表面反射对光学系统性能的影响 在垂直入射的情况下，根据式（2-17）和 式（2-36），两介质分界面的反射率为
薄膜光学与薄膜技术基础
k 3 2 1 k 3 2 1 1 2 3 4
T
Ta
Tb
a b c 5 d
T (a)
图 5-5
Tc
Td
(b)
滤光片组合透射率
(c)
设由 K 个滤光片串联放置构成光学系统， 当滤光片界面间的反射很小时，比如以空气为 间隔的滤光片组合，光学系统的透射率 T 取一 级近似，有
薄膜光学与薄膜技术基础
I
1
T1 R1 R2 T2
I I
NG
d
2
IT ( )
图 5-4
基底介质非相干叠加的透射率
薄膜光学与薄膜技术基础
基底介质的内透射率 定义为
I I
(5-10)
式中 I 是光进入基底界面1下侧的光强，I 是 光到达基底界面2上侧的光强。 由图5-4，进行非相干叠加得到基底界面2 总透射光强为
IT I 0TT I 0TRRT I 0TRRRRT
2 4 6 I 0T 2 1 R R R
I 0T 2 1 R2
(5-3)
薄膜光学与薄膜技术基础
将式（5-2）代入得到
IT 1 R T1 I0 1 R
(5-4)
n1 n2 n2
薄膜光学与薄膜技术基础
10-1 Ge 玻璃 Si 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 相对波数 (0 10-1 InSb IrtranII
反射率
反射率
10-2 10-3 10
-4
10-2 10-3 InAs 10
-4
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 相对波数 (0
如果不计多次反射， 个平板的直接透射率为
记平板内经历多次反射后的透射率为 Tm（也 称之为杂散光透射率），则有
T1 (1 R)2 m （5-9） m T1 m 1 图5-2为取不同的m值，Tm和T0 m 随 R的变化曲线， Tm Tm T0m
薄膜光学与薄膜技术基础
薄膜光学与薄膜技术基础
光强为 I R ，基板界面2的透射光强为 IT 。 假设基底介质存在吸收，内透射率为 。基 板两个界面的透射率分别为 T1 和 T2 ，两个界 面的反射率分别为 R1 和 R2 。
I0 ( )
I
R
( )
(5-12)
式中 T1表示§3.3节中得到的膜系透射率，R1 可由 T1 得到。根据式（2-235）～式（2-238） 计算可得基底界面2的反射率 R2 和透射率 T2， 如果基底介质的内透射率 已知时，由式 （5-12）就可得到光学系统的总透射率。 如果膜层和基底介质无吸收，内透射率 1 ，那么
)
)
图 5-6 不同基底介质镀单层膜的反射率曲线
单层膜具有明显的缺点：1.由于可供选择的材 料折射率的限制，在特定的波段得到零反射很 困难；2.低反射率波段宽度很窄；3.低反射率 波段的均匀性很差。解决这样的问题，就必须 采用多层镀膜。
I0 n1 n2 n1
IR
R
m
R
n2 n2 n1
（b）多层介质平板
R
R, R R, R R, R R, R
IT
（a）单层介质平板
R
图 5-1 介质平板的透射率
薄膜光学与薄膜技术基础
如果不计多次反射，光垂直入射通过平板的 透射率为 2 2 (5-5) T0 T (1 R)
对于如图5-1（b）所示的m个平板的非相干叠 加问题[A.M.Diofoo（1968）]，如果考虑每个 平板内的多次反射，垂直入射的情况下，光 穿过m个平板的总透射率为
(5-18)
5.4 均匀介质増透膜 5.4.1 单层均匀介质增透膜
薄膜光学与薄膜技术基础
将式（3-38）代入式（3-39），得到单层 均匀介质膜的反射率计算公式为
R rr * 0 G 0 G cos 1 1 sin 1 1
0.002
0.02 0.01 0.001
m 20
0.005
m 10
1
0.1 0.2 0.5
0.05
表面反射 R
图 5-2
光垂直入射情况下，光学系统的直接透射率和多次反射透射率随 R 变化曲线
薄膜光学与薄膜技术基础
由图5-2可以看出，对于低折射率的介质 平板，即使数目很少放置在一起，比值 Tm T0m 也很明显。由此可以判断，多次反射的杂散光 完全可以使像变得模糊不清，也可在像平面造 成伪像，对成像系统造成严重影响。其次，在 非成像系统中，光能量的反射损失使透射光能 量大大减小。为了解决以上两个问题，可以在 介质平板的表面镀增透膜以减小表面的反射。 实际应用中，增透膜的设计是复杂的，设计可 以是均匀膜层，也可以是非均匀膜层；可以是 单层，也可以是多层。
2 2
其中
0 G 2 0 G cos 1 1 sin 1 1
2
(5-19)
1
2
n1d1 cos 1
S 波 P 波
(5-20) (5-21)
n0 cos 0 0 n0 cos 0
图中介质平板的折射率示于图的顶部，平板 放置于空气中。
折射率
1.0 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0
直接透射率 T0 m 和多次反射透射率 Tm
0.5
T0 m
m 50
m 20
m 10
m5
m2
m 1
0.2 0.1 0.05
Tm
m 50
IT I0T1 T2 I0T1 R2 R1 T2 I0T1 R2 R1 R2 R1 T2
2 2 4 I 0T1 T2 1 R1R2 R1R2
(5-11)
薄膜光学与薄膜技术基础
由此得到，基底非相干叠加的总透射率为
IT T1T2 T 2 I 0 1 R1 R2
薄膜光学与薄膜技术基础
第二篇 光学薄膜 分类及应用
第五章 增透膜
曹建章
薄膜光学与薄膜技术基础
光学系统未经镀膜处理，由于界面反射的 缘故，致使透射光能量很弱，降低了系统成像 的质量和像的分辨率。因此，为了解决这种问 题，需要在光学器件表面镀增透膜。经过增透 处理的光学系统，不仅可以提高透射率，同时 也大大减少光在元件之间连续反射的能量，提 高像的清晰度。在应用中，一般情况下单一波 长增透采用单层或双层膜，双波长或某波段增 透采用多层膜，宽带增透设计还可以采用非均 匀膜。除此之外，增透膜设计还与基底材料、 增透波段宽度以及镀膜成本等因素有关。
(5-17)
T TT 1 2
TK
(5-16)
薄膜光学与薄膜技术基础
式中 A为滤光片的总透光区面积；a 、b 、c 、 d 分别为四个支透射区的面积；Ta 、 Tb 、Tc 、Td 分别为四个支透射区的透射率。四个支透射 区域的透射率为
Ta T b Tc Td T1T2T3T4 T2T3T4 T3T4 T3T4T5
n1 n2 R n n 1 2
2
(5-1)
由式（2-224）和式（2-225）知，界面透射率 和反射率 满足
薄膜光学与薄膜技术基础
(5-2) R T 1 式中 n1 和 n2 分别为两介质的折射率。现假设 一折射率为 n2 的介质平板放置于折射率为 n1 的介质中，两介质无吸收，如图5-1（a）所示， 入射光强为 I 0 ，反射光强为 I R ，透射光强为 IT ， 光垂直入射到介质平板上，如果计入光在平 板内的多次反射，则有
IT T1 Tm n n I 0 Cm T1Cm n
n m
(5-6)
式中C 为组合公式，当 n 1时，有
薄膜光学与薄膜技术基础
1 1 Cm m, Cm 1 m 1
代入得到
T1 Tm m T1 m 1
T0m T 2m (1 R)2m
（5-7） （5-8）
表 5-1 六种类型单层増透膜参数 条 件 基底材料 玻璃
nG
1.51 4.10 3.50 2.20 4.00 3.40
n1
1.38 2.20 1.85 1.59 2.20 1.85
n0
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
n1 n0 nG , n1d1
0
4
Ge Si IrtranⅡ InSb InAs
薄膜光学与薄膜技术基础
n1 cos 1 1 n1 cos 1
S 波 P 波
(5-22)
nG cos G G nG cos G
S 波 P 波
(5-23)
n0 sin 0 n1 sin 1 nG sin G
(5-24)
薄膜光学与薄膜技术基础
图5-3给出了均匀和非均匀增透膜的几种 类型。由于增透膜在可见光和红外光谱区域对 工业领域有重要价值，许多方面还有待研究和 开发。
(a) (b) (c) n n n
2 1 0
2 1 0
增透膜
一般性原理：光具有波粒二相性，即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子（注意，这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。
它们都是微观上来讲的。
红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。
而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的，因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。
在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光（注意：这里说的是红光）在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了.为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。
膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。
定义及其设计：二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展．对于技术光学的推动来说，在所有的光学薄膜中，增透膜也起着最重要的作用．直至今天，就其生产的总量来说，它仍然超过所有其他的薄膜因此，研究增透膜的设计和制备教术，对于生产实践有着重要的意义．我们都知道，当光线从折射率n0的介质射入折射率为砘的另一介质时，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为透射率为投射率为：例如，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，从而影响系统的成象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统，都包台了很多个与空气相邻的表面，如不敷上增透膜将完全不能应用．目前已有很多不同类型的增透膜可供利用．以满足技术光学领域的极大部分需要．可是复杂的光学系统和激光光学，对减反射性能往往有特殊严格的要求．例如．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的破坏．此外，宽带增透膜提高了象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强．因此，生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展．在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因多次反射而损失。
薄膜色和增透膜
1
白光照射薄膜时，只有某些波长满足极大条件：
所以，反射光中各色光的组成比例与白光不同，从2
通过n 2介质膜的加入，使得从n 1介质到n 3介质的透射能量增加。
基本思路：使n 2介质膜的透射光达到干涉极大next
因为透射光干涉极大时，反射光刚好为干涉极小，
所以增透可以通过使反射达到干涉极小来实现。
增透膜是通过对薄膜的厚度和折射率的设计，使薄膜的透射光增强，反射光减弱。
二、增透膜
光学厚度最薄是λ/4，对应的膜层叫λ2
对光程差的要求
4
②折射率的要求
要使反射光强为零，还需要控制各反射光束的强度，这就需要选择n 1 的取值。
可以证明，折射率应满足：
g 1n n n =next
得到这个结论考虑了所有反射光束之间的干涉：
1234
1'2'3'
n 0n 1n g
h。
增透膜详解
用于玻璃和塑料基底上的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27%，镀有一层膜（剩余的反射为1.3%）的镜头光透过率为66%，镀多层膜（剩余的反射为0.5%）的为85%。
在这篇文章中，列举了一些简单的增透膜和使用的材料。
值得注意的是由于玻璃可以被高温加热，而塑料不能，因此，对玻璃和塑料必须选用不同的膜料和膜层设计。
用于玻璃基底的增透膜经典的单层增透膜由一薄层MgF2构成，MgF2在510nm时的折射率为n=1.38，需要的膜厚为d=92nm。
因此，在510nm波长时膜层有一个光学密度（厚度）n*d为1/4的波长。
镀在加热到250-300°C的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，稳定，并且相当方便，经济，直接使用蒸发船便可。
想得到更低的反射率，最简单的方法是镀一层CeF3和一层MgF2（各为1/4的光学厚度），可用蒸发船。
图1是单层和2层膜的反射曲线。
2层膜的优点是在可见光范围的中段有更低的反射率，缺点在于在红，蓝端的反射率上升过快。
由于2层膜的效果不理想，为了达到理想的效果，必须使用3层或多层膜。
经典的3层膜由一层1/4光学厚度的中折射率物质（1.6-1.7)，一层1/2光学厚度的高折射率物质(2.0-2.2)和一层1/4光学厚度的低折射率物质组成。
最常用的是Al2O3，ZrO2和MgF2。
图1显示在整个光学敏感段（410-680nm）的反射率低于0.5%。
3层增透膜的膜料选择膜料对膜层效果有决定性的影响。
除了理想的折射率，每次镀膜时稳定的折射率，均匀的膜层，低吸收性，牢固性，稳定性也非常重要。
MgF2是最常用的第三层低折射率物质。
但是，由于塑料不能被高温加热，用MgF2会使膜层变软和不稳定，此时，SiO2是最佳的选择。
第五章：光的波动性(含解析)
光的波动性一. 双缝干涉 1．双缝干涉实验(1)实验：如图，让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加．(2)现象：屏上得到了明暗相间的条纹． (3)结论：证明光是一种波． 2．出现明、暗条纹的条件(1)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为波长λ的整数倍时，这些点出现明条纹；当路程差为半波长12λ的奇数倍时，这些点出现暗条纹．(2)和一般波的干涉一样，光干涉的条件是两列光的频率相同，能发生干涉的两束光称为相干光． 3．计算波长的公式设两缝间距为d ，两缝到屏的距离为l ，当d 和l 一定时，计算表明：当l ≫d 时，相邻两条明条纹(或暗条纹)的间距为Δx ＝ldλ.利用此式，测出条纹间距离Δx ，即可求出光的波长． （1）.双缝干涉示意图 （2）．单、双缝的作用平行光照射到单缝S 上后，又照到双缝S 1、S 2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．（3）．明、暗条纹产生的条件 亮条纹：屏上某点P 到两缝S 1和S 2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的偶数倍． 即|PS 1－PS 2|＝k λ＝2k ·λ2(k ＝0,1,2,3…)时出现亮条纹．暗条纹：屏上某点到两缝S 1和S 2的路程差正好是半波长的奇数倍． 即：|PS 1－PS 2|＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2,3…)时出现暗条纹．（4）．干涉图样的特点(1)单色光：干涉条纹是间距相等、明暗相间的条纹，且中央为亮纹．红光的条纹间距最大，紫光的条纹间距最小．(2)白光：干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．原因是各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹，除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了两侧的彩色条纹．(3)条纹间距：条纹间距与波长成正比，Δx ＝ld·λ(其中d 为两逢间距，l 为两缝到屏的距离，λ为光的波长)．分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤：1．由题设情况依λ真＝n λ介，求得光在真空(或空气)中的波长． 2．由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹． 3．根据明条纹的判断式Δr ＝k λ(k ＝0,1,2…)或暗条纹的判断式Δr ＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2…)，判断出k 的取值，从而判断条纹数． 二. 薄膜干涉 1．定义由薄膜两个面反射的光波相遇而产生的干涉现象． 2．应用(1)检查平面的平整程度． (2)光学镜头上的增透膜． (3)太阳镜片上的反射膜． 3．薄膜干涉原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波相遇后被相互削弱，于是出现暗条纹． 4．薄膜干涉的应用(1)用干涉法检查平面①原理：如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层．用单色光照射时，空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉．空气厚度相同的地方，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或减弱的情况相同，因此若被测面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如果干涉条纹是弯曲的，就表明被测表面不平．②判断法——矮人行走法，即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹．让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被检板，头顶样板，在行走过程中：a ．若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下．(如图中P 点)b ．若某处有一凸起，他要想过去，必向薄膜底部去绕，即条纹某处弯向薄膜底部方向时，该处必为一凸起．(如图中Q 点)(2)增透膜①增透膜的厚度：膜厚为入射光在薄膜中波长的14.②增透膜增透的原理：因增透膜的厚度为入射光在薄膜中波长的14，从介质膜前后两个面反射的光的路程差为λ2，所以两列光波相互削弱，使反射光的强度大大降低，透射光的强度得到加强．③对“增透”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互抵消，并没有增加透射光的强度，因此，此过程只是“消反”，却不能“增透”．总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强．增透膜是通过“消反”来确保“增透”的． 薄膜干涉中的规律1．用单色光照射薄膜时，两个表面反射的光是相干的，形成明暗相间的条纹． 2．用不同的单色光照射，看到亮纹的位置不同．3．用白光照射时，不同颜色的光在不同位置形成不同的条纹，看起来就是彩色的． 三. 光的衍射1．单缝衍射现象(1)当单缝较宽时，光沿着直线方向通过单缝，在光屏上可以看到一条跟单缝(或圆孔)宽度相当的亮线．(2)把单缝调窄些，可以看到屏上亮线也随之减小．(3)当单缝调到很窄时，光通过单缝后就明显地偏离了直线传播方向，到达屏上以后，不再是一条很窄的亮线，而是照到了相当宽的地方，并且出现了明暗相间的条纹；再调小单缝，条纹也随之变得清晰、细小．2．光的衍射光在传播过程中遇到障碍物或小孔(狭缝)时，绕过障碍物或通过小孔、狭缝传播到阴影区域的现象．3．衍射图像衍射时产生的明暗条纹或光环． 4．三种衍射图样的比较(1)单缝衍射图样(如图所示) 单色光衍射 白光衍射①中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小．②缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．③中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．④用白光做单缝衍射时，中央亮条纹仍然是最宽最亮的白条纹．(2)圆孔衍射图样①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．如图所示：②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大．④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)．(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)(如图所示)①中央是亮斑．②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．5．单缝衍射与双缝干涉的异同点单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列光相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹四. 光的偏振1．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性．2．偏振片：由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫作透光方向．3．线偏振光：光的振动方向限在一个平面内的光．4．自然光：通常光源发出的光是由大量的振动方向不同而互不相干的线偏振光组成．5．光的偏振现象证明光是横波．1．几个概念(1)自然光——沿各个方向均匀分布振动的光．(2)偏振光——沿着特定方向振动的光．(3)起偏器——自然光通过后变为偏振光的偏振片．(4)检偏器——检测投射光是否为偏振光的偏振片．2．偏振原因光是横波，是电磁波，电场强度E和磁感应强度B的振动方向均与波传播的方向垂直，所以光有偏振现象．(1)自然光经过反射或折射后会变成偏振光，如自然光射到两介质分界面时同时发生反射和折射(反射角和折射角之和为90°时)，反射光线和折射光线是光振动方向互相垂直的偏振光．(2)光波的感光作用主要是由电场强度E引起的，因此常将E的振动称为光振动．在与光传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意的方向，光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，光振动沿着特定方向的光就是偏振光．3．偏振光的两种产生方式(1)让自然光通过偏振片．(2)自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．对偏振的理解：1．偏振片是由特定的材料制成的，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振动的光才能通过偏振片．2．偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝．3．光的偏振现象说明光是一种横波．4．自然光透过偏振片可以变成偏振光．5．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向的夹角不同时，透过偏振片的光的强度不同．五. 激光的特性及其应用1．激光的特性体现在以下几个方面：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可调谐．2．激光的应用：根据激光的特性，在工、农、科技及社会各方面有广泛应用，体现在以下几方面：激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘等方面．激光的应用与对应的特性激光的特点1．激光首先是光，激光遵循光的一切规律，如折射、反射、衍射、干涉等．2．激光是一种新型光源，具有一般光源所不具备的特点，如单色性好、方向性强、亮度高等．3．针对激光的每一个特点，都有很多方面的应用．六. 练习1．（2013高考上海物理第1题）电磁波与机械波具有的共同性质是(A)都是横波(B)都能传输能量(C)都能在真空中传播(D)都具有恒定的波速答案：B解析：电磁波与机械波具有的共同性质是都能传输能量，选项B正确。
增透膜＂增透作用的理论解释
“增透膜"增透作用的理论解释一、增透膜作用及问题的引入在比较复杂的光学器件(如望远镜、潜望镜、照相机等)中，光能的反射损失是十分严重的，虽然光学器件的每个表面在光垂直入射的情况下，反射率极低，但由于这些复杂的光学系统往往由多个透镜或棱镜组成，则最终反射而造成的光能损失不能忽略不计。
通常使用的光学材质如玻璃，在垂直入射情况下，可见光的反射率仅有4％，若考虑到透镜的两个面，总反射率也不足8％，但如果系统是由若干个透镜或棱镜所组成，反射的光能就会累积，可达百分之几十。
此外，光会在各透镜面间的发生往复反射，还会造成杂散光，继而会严重影响光学系统的成像质量。
此时，为了减少光在光学元件(透镜、棱镜)表面上的反射损失，可在其表面上镀上一层薄膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光的能量，是尽可能多的能量通过光透射出去。
然而对于增透膜的原理，其实很多人并不知情。
我们通过问卷对有一定物理光学基础的同学进行调查询问，发现大约有80％的人认为增透膜的作用在于当光射向它时，在膜的上下表面发生反射后，由于受干涉相消条件的限制，将重新折入光学器件；同时，约有5％的同学甚至对增透膜有所质疑，即光会在前后表面发生反射，相互抵消，那么就相当于在光的传播过程中，增加了一个反射面，进一步减弱了光的透射率，反而使增透膜无法实现增透的目的。
而在增透膜的应用问题上，比如有关使用中增透膜的厚度要求，几乎所有同学都认为只要等于反射光的四分之一波长或其奇数倍，即使得增透膜前后两列反射波的相位差为或其奇数倍，两列波就发生相消干涉，从而就实现了波的干涉相消。
但我们小组通过查阅了一些文献，发现增透膜的工作原理并非那么简单。
由于光是一种电磁波，我们就通过所学的电磁场与电磁波的理论来分析电磁波（光）通过增透膜这种介质时电场、磁场的分布，求出光在不同介质中传播的反射、投射系数等相应参数，解释增透膜增透的原理，并根据分析所得结论加深对增透膜性质的理解，并对增透膜加以推广。
增透膜设计实验报告
增透膜设计实验报告增透膜设计实验报告导言随着科技的不断发展，人们对于光学材料的需求也越来越高。
在光学领域中，增透膜是一种非常重要的材料，它可以提高光的透过率，减少反射率，从而改善光学器件的性能。
本实验旨在设计一种增透膜，并通过实验验证其性能。
实验目的本实验的目的是设计一种增透膜，通过实验验证其透过率和反射率的性能，并对其进行分析和评价。
材料与方法本实验所使用的材料包括透明基底材料、增透膜材料和光学测试仪器。
首先，我们选择了一种透明基底材料，如玻璃或塑料。
然后，在基底材料上涂覆一层增透膜材料，通常使用多层膜堆结构。
最后，使用光学测试仪器对增透膜进行测试，包括透过率和反射率的测量。
实验结果与分析通过实验测量，我们得到了增透膜的透过率和反射率数据。
透过率是指光线穿过增透膜的比例，反射率是指光线被增透膜反射的比例。
根据测量结果，我们可以分析增透膜的性能。
首先，透过率是衡量增透膜性能的重要指标。
透过率越高，说明增透膜对光线的吸收和散射越小，光线能够更好地穿过增透膜。
在实验中，我们可以通过调整增透膜的厚度和材料的选择来改变透过率。
通过对实验数据的分析，我们可以确定最佳的增透膜设计方案，以达到最高的透过率。
其次，反射率也是评价增透膜性能的重要指标。
反射率越低，说明增透膜对光线的反射越小，光线能够更好地穿过增透膜。
在实验中，我们可以通过调整增透膜的折射率和材料的选择来改变反射率。
通过对实验数据的分析，我们可以确定最佳的增透膜设计方案，以达到最低的反射率。
结论通过本实验，我们设计了一种增透膜，并通过实验验证了其透过率和反射率的性能。
根据实验结果和分析，我们可以得出以下结论：1. 增透膜的透过率和反射率受到材料的选择和厚度的影响。
2. 通过调整增透膜的材料和厚度，可以改善增透膜的性能。
3. 最佳的增透膜设计方案应该在透过率和反射率之间取得平衡。
进一步研究本实验只是对增透膜的基本性能进行了初步的探究，还有许多方面可以进行进一步的研究。
第二篇-第五章-增透膜PPT课件
n2 n2
2
(5-1)
由式（2-224）和式（2-225）知，界面透射率
和反射率 满足
薄膜光学与薄膜技术基础
RT 1
(5-2)
式中 n1 和 n2 分别为两介质的折射率。现假设 一折射率为 n2 的介质平板放置于折射率为 n1 的介质中，两介质无吸收，如图5-1（a）所示，
入射光强为 I0 ，反射光强为 IR ，透射光强为 IT， 光垂直入射到介质平板上，如果计入光在平
薄膜光学与薄膜技术基础
由图5-2可以看出，对于低折射率的介质 平板，即使数目很少放置在一起，比值 Tm T0m 也很明显。由此可以判断，多次反射的杂散光 完全可以使像变得模糊不清，也可在像平面造 成伪像，对成像系统造成严重影响。其次，在 非成像系统中，光能量的反射损失使透射光能 量大大减小。为了解决以上两个问题，可以在 介质平板的表面镀增透膜以减小表面的反射。 实际应用中，增透膜的设计是复杂的，设计可 以是均匀膜层，也可以是非均匀膜层；可以是 单层，也可以是多层。
均匀介质增透膜：(a)单层；(b)数字式单层；(c)均匀多层。非均匀增透膜：(d)非均匀单层；(e)构造的
非均匀单层；(f)折射率复杂变化的非均匀增透膜。
薄膜光学与薄膜技术基础
5.2基底介质非相干叠加的透射率 在§3.3节讨论膜系反射率和透射率时，
把基底介质看作是无限大半空间，基底介质 中仅存在透射光。实际上基底介质也有两个 光学表面，在这两个面之间也产生多次反射 和透射，所以镀膜后光学系统透射率的计算 需要考虑基底介质界面间的多次反射和透射。 下面讨论基底介质非相干叠加的透射率。
层相位厚度的解析表达式。根据式（3-61），
可写出两层膜系的特征向量为
B C
增透膜的原理及应用
增透膜的原理及应用陕西省安塞县安塞高级中学物理教研组贺军摘要：在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。
本文分别从能量守恒的角度对增透膜增加透射的原理给予定性分析；根据菲涅尔公式和折射定律对增透膜增加透射的原理给予定量解释；利用电动力学的电磁理论对增透膜增加透射的原理给予理论解释。
同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。
关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术1前言在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。
这些模糊的观念不仅在高中生中有，而且在大学生中也是存在的。
例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。
然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。
随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。
因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。
让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。
2增透原理2．1 定性分析光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。
为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。
这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。
由薄膜干涉透镜增透膜增透
由薄膜干涉浅析透镜增透膜增透摘要：在现代光学装置中，由于都是由许多光学元件──透镜、棱镜等组成的，透镜片数越多，透镜表面的反射作用就越强而光能损失就越多，为了减少透镜表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜，这种薄膜就叫增透膜。
本文通过分析薄膜干涉指出增透膜增加透射是利用了薄膜等倾干涉的反射光线干涉相消原理。
指出增透是利用减少反射光的能量损来增失强透过光的能量，从而实现增透的作用。
同时对增透膜的研究和应用现状作了介绍。
关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术中图分类号：g652 文献标识码：a文章编号：1009-0118（2012）08-0021-02一、光程及相差光在媒质中传播时，光振动的相位沿传播方向逐点落后，以λ表示光在媒质中的波长，则通过路程r时，光振动相位落后的值为：δφ=2πrλ同一频率的光在不同媒质中传播时的波长不同，以λ0光在真空中的波长，以n表示媒质的折射率，则有：λ=λ0n将此关系代入上式中，可得：δφ=2πnrλ0此式右侧表示光在真空中传播路程nr时所引起的相位落后。
由此可知，同一频率的光在折射率为n的媒质中通过r时引起的相位落后和在真空中通过nr的距离时引起的相位落后相同。
这时nr就叫做与路程r相应的光程。
这样的好处是可以统一用光在真空中波长来计算光的相位变化。
相位和相位差的关系是：相位=2π*光程差λ0二、薄膜干涉（一）等厚干涉平常看到的油膜或肥皂液膜在白光照射下产生的彩色花纹就是薄膜干涉的结果。
薄膜干涉之一是等厚干涉。
图1如图1所示的装置是一种薄膜干涉装置，产生干涉的部件是一个放在空气中的劈尖形状的介质薄片或膜，简称劈尖。
它的折射率是n，两个表面是平面，其间有一个很小的夹角θ。
实验时使平行的单色光近于垂直地入射到劈尖面上。
分析劈尖面上a点入射的光线，此光线到达a点时，光线的一部分被反射，成为反射光线1，另一部分则折射入介质内部，成为光线2，它到达介质下表面时又被反射，然后再通过上表面透射出来（实际上，由于θ角很小，入射光，透射光和反射光线都几乎重合）。
高二物理竞赛增透膜和高反膜课件
薄膜变薄，条纹内收，中心吞条纹。
2n(hk / 2) cos ik (k 1)0
2nhk cos ik k0
rk 1 rk
k 1 hk k
k 2k k 1
k 1
hk 2
（8）薄膜厚度增加，
条纹变密。 反之，条纹变稀。
(rk
0 )
2h sin ik
不影响条纹的形状、间隔和反衬度。
（1）是准确的光程差公式
4）等倾条纹的定义 （2）干涉区域定位于无穷远处
（1）是准确的光程差公式
1）厚度均匀薄膜的光程差
保护玻璃不被酸碱腐蚀。
具有同一倾角的反射光线会聚于同一
级次上的干涉条纹称为等倾干涉条纹。
5）等倾干涉条纹的观察装置
6）等倾干涉条纹的间距
cos i
干涉条纹的级次 k 仅与倾角 i有关 （3） 是折射角，不是入射角。
（2）条纹定位于无穷远处或透镜焦面上 2）观测等厚条纹的简化装置
形成同心圆环形干涉条纹。
有半波损 （2）干涉区域定位于无穷远处
具有同一入射倾角的反射光聚焦后
不影响条纹的形状、间隔和反衬度。
形成同心圆环形干涉条纹。 多层介质高反射膜的光强反射率
4n
2）观测等厚条纹的简化装置 振幅为：A A1 Ar1 , A2 At1r2t1' Ar2
I A12 A22 2 A1A2 cos ( A1 A2 )2 0
得：
A1 n
A2 n1n2
A( n n
n1 n1
n2 n2
n1 n1
)
0
增透条件：
n1 n n2 , h 0 , n
（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