《薄膜光学与技术》

光学薄膜和镀膜技术的基础教程,李正中编著,第五版。扫描转换为PDF文档,值得保存。

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一、概念： 1 光学导纳 N?2 3 4 边界条件 菲涅尔系数 组合导纳 HK?E 在电磁场跨越界面时，电场和磁场的切向分量在边界两边分别相等。 菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。 将膜系与基底看成一体时的导纳，对于单层膜和基底组合来说， Y?5 特征矩阵 ?2cos?1?i?1sin?1 cos?1?i(?2?1)sin?1?sin?1? ?1?cos?1?i?cos?1表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数???i?1sin?1理想单层增透膜就是折射率n1?6 7 8 9 理想单层膜 诱导透射 PVD 虚设层 n0?ns，厚度为1QW的单层膜 在金属膜两侧设计介质膜，开发金属膜最大可能的透过率。 物理气相沉积（真空镀膜的方式之一） 当膜层厚度对于中心波长来说是2QW或其整数倍时，该层是否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。 当光线斜入射到薄膜时，s-偏振光和p-偏振光具有不同的透射/反射率，称为偏振效应。 截止滤光片在某一波长范围的光束高透射，而偏离这一范围的光骤然变化为高反射（或称抑制），这个临界波长称为截止波长 对于以中间一层为中心，两边对称安置的

2012-2013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

《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

薄膜考试试题

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 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 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 薄膜、 薄膜和 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： 。

8、镀膜室内真空度高表明气体压强，真空度低则气体压强。

9、由于极值点的判读精度不高，因此常常采用 、、 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。

11、请写出常用的三种金属镀膜材料： 、 、 。

12、真空计和

光　子　学　报第３９卷第７期

　　　　　　　　　　　　２０１０年７月文章编号：（）１００４４２１３２０１００７１２１６７

Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．７

Ｊｕｌ０１０ｙ２

表面等离子共振效应中传统近似理论与薄膜光学理论

张江涛，顾铮先，邓传鲁

（上海理工大学理学院光电功能薄膜实验室，上海２）０００９３

一

摘　要：指出Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似

性，采用更为严密的薄膜光学理论，通过薄膜膜系的特征矩阵，得出表面等离子体共振衰减曲线．结表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别；采用等果表明，

高线图，给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律．进一步的实验表明，薄膜光学理论所得模证明薄膜光学理论应用在表面等离子拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好，

体共振效应要优于常用的近似理论．最后，采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设结果表明，两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大，必须采用薄膜光学理论提供更精确计，

的薄膜参量，来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器．

关键词：物理光学；表面等离子共振；薄膜光学理论；特征矩阵；共振角；灵敏度中图分类号：Ｏ４８４　　　　文献标

光谱检测

常规光谱（透、反射率）

非常规测量（超高反射、大口径光学常数拟合

椭偏法

受抑全内反射方法

光谱法

波导法

阿贝法

联合测试

分光光度计

测试波段：紫外－可见－近红外、红外

最常用：单色仪型分光光度计

傅里叶红外光谱仪（基于干涉原理）迈克尔逊干涉仪

特殊要求：如大口径；带角度反射率测试等

干涉图是光谱的傅里叶变换

对其进行傅里叶逆变换即恢复成光谱

单光路双光路

光路校准

测量

反射率测量

简单方便

关键：找到满足测量要

适于低反射率测量

反射率测量

绝对反射率测量

V-W型

适用于高反射率测量

可通过增加反射次数

提高测量精度

更高测量精度则需采

用激光谐振腔

（Cavity Ring Down）

10

V-N

11

波长范围、稳定性

狭缝的大小影响波长的分辨率

影响测量精度

形成部分偏振光以及非平行光影响测量精度

噪声

实际测量光斑、小孔光阑的运用

入射光位置偏移带来测

如果测自然光的倾斜入

加光路补偿镜

探测器用积分球

16

加消偏器

加起偏器

T=(Tp+Ts)/2

标准分光光度计可直接配置起偏晶体获得宽光谱范围内的偏振特性

缺点：精度不高、起偏晶体价格昂贵

消光比更高、测量精度高

没有角度、固定位置的调节难度

缺点：单一波长（或带宽很窄）

超高反射测量

激光谐振腔衰减法

Cavity Ring-Down

测试依据

激光谐振腔全反射镜的反射

《光学薄膜技术》课程简介

《光学薄膜技术》作为光学专业的技术专业课,系统地介绍薄膜光学的基本理论和器件设计的基本方法,介绍光学薄膜的新设计方法、新器件设计、新工艺技术、制造工艺,介绍光学薄膜的相关材料及其性质,介绍光学薄膜的特性测试方法等。

本《光学薄膜技术》课程将讲授六章,第一章是薄膜光学特性计算基础,第二章介绍介质膜系及其应用,第三章介绍薄膜制造技术,第四章介绍光学薄膜制造工艺,第五章介绍薄膜材料及其性质,第六章介绍光学薄膜特性测试与分析。

课程目录

第一章薄膜光学特性计算基础 1.1 单一界面的反射率和透射率 1.2 单层介质膜的反射率 1.3 多层介质膜的反射率和透射率 1.4 金属薄膜的光学特性 1.5 光学零件的反射率和透射率 第二章介质膜系及其应用 2.1 减反射膜 2.2 高反射膜 2.3 中性分束膜 2.4 截止滤光片

2.5 带通滤光片 2.6 偏振分束膜 2.7 消偏振膜系 第三章薄膜制造技术 3.1 光学真空镀膜机 3.2 真空与物理汽相沉积 3.3 真空获得与检测 3.4 热蒸发 3.5 溅射 3.6 离子镀 3.7 离子辅助镀

第四章光学薄膜制造工艺 4.1 光学薄膜器件的质量要素 4.2 影响膜层质量的工艺要素

使用增透膜时注意要求 1、使用的波长或者波段

2、光线入射角度或角度范围 3、对剩余反射率的要求

4、使用环境的要求（比如高低温、酸碱性） 5、激光领域，对激光阀值要求

入射角度与反射率的关系：入射角度增加、反射率增大。

玻璃增透膜的成膜材料有MgF2 SiO2 TiO2 ITO 膜层设计时，首先要注意的是膜层中不同膜材的膨胀系数，因为相差太大在后续加工处理中将引起牢固度差、龟裂和脱膜的现象。

不同工艺生产的增透膜（玻璃）硬度性能对比

溶胶凝胶法 真空溅射法 真空蒸镀法

穿透率 98% 98% 98% 反射率 2%以内 2%以内 2%以内 玻璃颜色 淡红 深红 深红 强度

表面硬度 7H~29H 7H以上 5H以上 耐擦洗性 500次以上膜层无影响 差 最差 膜层均匀性 好 差 最差

使用反射膜时注意要求 金属膜材料的选择原则： 1、先考虑使用波段 2、反射率要求 3、使用环境 4、制作成本

5、常用有