真空镀膜实验报告

真空镀膜实验报告学生姓名：武晓忠学号：201211141046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，采用入/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-入曲线，测量介质干涉滤光片的三个重要参数入0, T max, △入/入0

【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“银一介质一银”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,

nd = 2m, n?N (1)

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？沪生影响。由滤光片特性曲线图 2.可见？??一半处对应的波长为入和,相应的透过率的宽度为？入=D-狗，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

(10) (11)

1) 光线在单一分界面上的反射

2 ???????

2

R=??=(济？

(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 ,并在波前平面内分解为偏振分量 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

于是可得振幅反射率及能量反射率

n - n (T n )

(10) (11)两式的n 无论是p 波还是s 波都适用。

由于不论对p 分量还是s 分量，在忽略吸收的条件下都有 便可以求得T 不必再直接计算。

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

?*???? r

= ??+????

(2)

E P tan(丸-林)

r —

—

p

E p tan(虫+ 林)

E p

2?cos t ?sin 如

E p cos(则-如)？ sin(咖+ 如)

r s E S

E S

sin(切-咖) sin( %+ %)

(4)

t s —

E ! 2?cos % ?sin 如

E s - sin( %+

%t )

这四个公式就是熟悉的菲涅尔公式，定义介质的光学导纳

l??/l

|?? X/??

(5)

其中，？为与界面垂直方向上的单位矢， ？？ ？分别为磁场强度矢量和电场强度矢量。用

脚标“〃 ”指平行于界面的方向。n 大小既与戒指的折射率 n 有关，也与入射角％和折射角％ 由折射定律

n i sin % — n t sin %t

(6)

和绝缘介质界面上电磁的边值关系

??X (??- ??) — 0, ??X (?? - ??) — 0

(7)

以及H 和E 的振幅比

?? £

|??— y

可推出如下关系

(8)

(p 波)

(9)

论—n j cos % ,朮—n t cos %

(s 波)

(9)

R+ T — 1，因此，直到 R 后

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n 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??- ??勺单一界面来处理，并且仍然可以 用（11）式来计算反射率 R 。Y 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：

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

B 1

（C ）= n =1M i （ ） （16）

C n o

其中

其中

cos 8| i n sin 》

i sin §i

囂)(A

(12)

® =舄???? cos ??

(13)

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

??

Y

= ??

(14)

(15)

由此，单层膜的反射率为