真空镀膜实验报告

真空镀膜实验报告学生：武晓忠

学号：6

指导老师：王海波

【摘要】本实验意在通过利用DM-450型真空镀膜机镀膜，采用λ/4法进行控制，熟悉抽真空以及镀膜机使用的方法。并通过TU1221真空双光束紫外和可见光分光光度计测量T-λ曲线，测量介质干涉滤光片的三个重要参数λ0，T max，△λ/λ0

【关键词】抽真空干涉滤光片透过率

【引言】自然界中许多美丽的景物，如蝴蝶翅膀，孔雀羽毛以及肥皂泡等，它们的的观赏效果都与透明层反射的广播的干涉有关。从而发现薄膜的干涉现色彩现象起，特别是1930年真空蒸发设备的出现后，人们对薄膜科学技术进行了大量的研究。

在光学薄膜技术中，多层多周期的光学薄膜最为突出，而窄带干涉滤光片则是这一技术中最重要的应用之一，它是将宽带光谱变为窄带光谱的光学元件。一种典型的干涉滤光片是在玻璃基片上镀制“银—介质—银”三层膜，前后两层银膜构成两个平行的高反射率版，介质莫层通常为冰晶石或氟化镁等，作为间隔曾。这种干涉滤光片是在法布里-珀罗干涉仪基础上改进而成的，因为被称为法布里-珀罗干涉滤光片。它在光学，光谱学，光通信，激光以及天文物理等许多科学领域得到了广泛的应用。

若n为间隔层介质折射率，d为该层集合厚度，则间隔层的光学厚度nd决定了滤光片的透射峰值波长，

其中m是整数。银层反射率的主要作用决定了法布里-珀罗干涉腔的惊喜常熟，从而对滤光片的峰值透射率和半宽度产生影响。由滤光片特性曲线图2.可见一半处对应的波

长为和，相应的透过率的宽度为，这就是滤光片的性能的一个重要参数，称为半高宽。

因银层具有很强的吸收，用银作反射的层的“金属-介质”干涉滤光片的透射率很难高于40%。而用多层透明介质膜过程的高反射率膜板代替银层构成的干涉滤光片弥补这一缺点，课使峰值透射率高达80%以上。这就是全介质型干涉滤光片。

图1. 法布里-珀罗干涉滤光片结构示意图

二、实验原理

1、反射膜

1）光线在单一分界面上的反射

光线垂直入射到透明介质界面时，反射系数r

和反射率R分别为

（2）

（3）

其中,分别是两种介质的折射率。

在一般的情况下，光线以一定的角度入射到分界面上，这时，要求两种偏振分量分别计算透射率。假设入射光平面电磁波E，并在波前平面分解为偏振分量p波和与该面垂直的分量s波。用上标i,r和t分别表示入射波和投射波。于是，p波和s波的反射率和透射率分别为图2.光线在单一界面上的反射

（4）这四个公式就是熟悉的菲涅尔公式，定义介质的光学导纳

（5）

其中，D_Dd_________D_Dd__________ðĝϨϨ________________ __D_Dd_____和折射角由折射定律

（6）

和绝缘介质界面上电磁的边值关系

，（7）

以及H和E的振幅比

（8）

可推出如下关系

（9）

（9）

于是可得振幅反射率及能量反射率

（10）

（11）（10）（11）两式的D_Dd______

由于不论对p分量还是s分量，在忽略吸收的条件下都有

___________________

2）单层膜的反射

考虑在基片上单层膜平行平面薄膜的情况。光线入射时，会在界面Ⅰ和界面Ⅱ上产生多光束干涉，如图4.对这种情况下计算其反射率可以发现，可把它看做是如图4那样单一界

面的情况，即可以把的单层膜系统看做(■())(■(⁡〖_ 〗&( ⁡〖_ 〗)/_ 称为单层膜系统的有效导纳。为了计算方便，我们采用矩阵法。单层膜系个各光学参数间的关系可用矩阵表示为：

（12）

其中

（13）

等式左边的矩阵成为膜系数的特征矩阵，膜系数的有效导纳Y由此矩阵的两个矩阵元决定

（14）

由此，单层膜的反射率为

（15）

图3.单层薄膜的多光束干涉及其等效界面

3）多层膜的反射率

对于如图5所示的多层介质膜系，也可以把膜层和基底等效成有效导纳为Y的单一界面，此时（14）式仍然成立，而（12）式对应改为

（16）

其中

图4.多层介质膜系与等效界面

（17）

为第i层的特征矩阵。即整个膜系的所有光学参数及其相对反射特性的影响取决于各膜层的特征矩阵的乘积。

在相位因子中，我们称为第i层的光学厚度，当它是

D_Dd__________ ǠϨϨ________________ 膜系。我们用字母的排列“GHLH…”表示膜

系的情况，其中，H、L分别代表光学厚度为_ _ ⁡〖_〗_D_D的膜系，，该层对应的特征矩阵为

（18）

（19）

若则，R为极大值，这样的__D_D，则，R为极小值，这样的〖〗^

2、窄带全介质干涉滤光片

1）膜系结构

窄带全介质干涉滤光片的典型膜系为。其中是多层高反射率

膜的堆，j为HL的重复周期，其中2H为间隔层。着重法布里-珀罗型膜系对控制波长而言，2H间隔层形同虚设，并且2H层两侧一一对应的2L层或者2H层也逐级看做虚设。所以，它们对控制有极大的透过率值，而其他波长则均低于此值，甚至透过率为零。

应该指出，对控制波长，间隔层的光学厚度_ _/_/ (

（20）

2）干涉滤光片的带宽

法布里-珀罗干涉仪的投射光强度公式

（21）其中R是反射的反射率。为间隔层厚度对应的相位因子，为投射光

强度。对法布里-珀罗型滤光片，当时，为极大。若波长___D_Dd_

（22）对窄带滤光片，相位差很小，所以很小，。令

(23)

得到

(24)

若对应的波长变化为，则