光学薄膜工艺基础知识
光学薄膜工艺基础知识培训
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目录
• 光学薄膜概述 • 光学薄膜的制造工艺 • 光学薄膜的性能参数 • 光学薄膜的应用案例 • 光学薄膜的未来发展
光学薄膜概述
01
光学薄膜的定义与分类
总结词
光学薄膜是附着在光学元件表面的超薄光学介质膜层，具有 特定光学性能。根据应用需求，光学薄膜可分为增透膜、反 射膜、滤光膜等。
溅射镀膜
总结词
溅射镀膜是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并在基 材表面形成薄膜的过程。
详细描述
溅射镀膜具有较高的沉积速率和薄膜质量，适用于大面积基材的镀膜。其优点在 于可以获得高纯度、高密度、高附着力的薄膜，但缺点是需要高真空设备和较高 的能耗。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是一种利用化学反应将气体中的元素或化合物转化为固态薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积具有较高的薄膜质量和可调的化学成分，适用于各种金属、非金属材料和介质表面的镀 膜。其优点在于可以获得高纯度、高密度、高附着力的薄膜，但缺点是需要高温和复杂的化学反应条 件。
溶胶-凝胶法
总结词
溶胶-凝胶法是一种利用溶液中的前驱体在基材表面形成凝胶膜，然后经过热处理得到 固态薄膜的过程。
光学薄膜在新型显示技术中的应用
液晶显示
光学薄膜在液晶显示中起到关键作用 ，通过调节光学薄膜的反射和透射特 性，可以提高液晶显示器的亮度和对 比度。
OLED显示
在OLED显示中，光学薄膜可以起到保 护、增亮和提升色彩质量的作用，提 高OLED显示器的使用寿命和显示效果 。
THANKS.
光学薄膜的未来发展
05
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
光学薄膜基础知识介绍
光学薄膜基础知识介绍光学薄膜是一种具有特定光学性质的薄膜材料，通常由多个不同折射率的材料层次交替排列组成。
它以其特殊的折射、反射、透射等光学性质，在光学领域中得到广泛应用。
下面将介绍光学薄膜的基础知识。
一、光学薄膜的分类1.反射膜：反射膜是一种具有高反射特性的光学薄膜，适用于折射率较高的材料上，如金属、半导体、绝缘体等。
2.透射膜：透射膜是一种具有高透射特性的光学薄膜，适用于折射率较低的材料上，如玻璃、塑料等。
二、光学薄膜的制备方法1.蒸镀法：蒸镀法是最常用的制备光学薄膜的方法之一、它通过将所需材料加热至一定温度，使其蒸发或升华，并在基板上形成薄膜。
2.溅射法：溅射法是另一种常用的光学薄膜制备方法。
它通过在真空环境中，使用离子束或电子束激活靶材料，并将其溅射到基板上形成薄膜。
3.化学气相沉积法：化学气相沉积法是一种以气体化学反应为基础的制备光学薄膜的方法。
它通过将反应气体通入反应室中，在基板表面沉积出所需的材料薄膜。
三、光学薄膜的性质和应用1.折射率：光学薄膜的折射率是指光线在薄膜中传播时的折射程度，决定了光的传播速度和路径。
根据折射率的不同，可以制备出不同属性的光学薄膜，如透明薄膜、反射薄膜等。
2.反射率：光学薄膜的反射率是指光线在薄膜表面发生反射的程度，决定了光的反射效果。
反射薄膜广泛应用于光学镜片、反光镜、光器件等领域。
3.透射率：光学薄膜的透射率是指光线透过薄膜并达到基板的程度，决定了光的透射效果。
透射薄膜常用于光学滤波器、镜片涂层、光学器件等领域。
四、光学薄膜的设计与优化光学薄膜的设计与优化是制备高性能光学薄膜的关键。
根据所需的光学性质，可以通过调节不同层次的材料及其厚度，来达到特定的光学效果。
常用的设计方法包括正向设计、反向设计、全息设计等。
通过有效的设计与优化，可以实现特定波长的高反射、高透射、全反射等特性，满足不同光学器件的需求。
总结：光学薄膜是一种具有特殊光学性质的材料，广泛应用于光学领域中。
光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术
光学薄膜技术第三章——薄膜制造技术—-—-———-—--—--———————-—-——--——-—作者：—--—-————-——--—-————-———————-———日期：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。
光学薄膜的知识
1mmHg=1.00000014Torr
13
初真空
低真空
高真空 超高真空
真空度Pa
>103
103~10-1
10-1~10-6
<10-6
平均自由 程（cm)
<10-4
10-4~5
5~105
>105
气流特点
1.以气体分子 间的碰撞为主
2.粘滞流
过渡区域
1.以气体分子 与器壁的碰撞 为主
2.分子流
平均吸 附 时间
35
四、辅助系统
加温——————温度测量与控制 充气——————真空度测量与压强控制 工件架——————公、自转，均匀性调整 离子轰击——————直流与射频 比较片架——————透射、反射、内反射
36
五、薄膜材料
透明区 折射率 强度 激光阈值 蒸发方法
1、金属材料：铝、铬、银、金等
2、介质和半导体材料
32
三、控制系统 1、时间 2、颜色 3、光学控制 4、石英晶体震荡控制
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光学膜厚监控系统
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石英晶体法监控膜厚
主要是利用了石英晶体的两个效应，即压电效应和质量负荷 效应。 石英晶体的压电效应的固有频率不仅取决于其几何尺寸、切 割类型，而且还取决于晶片的厚度。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衰减。石英 晶体的这个效应是质量负荷效应。石英晶体膜厚监控仪就是 通过测量频率或与频率有关的量进行膜厚测量的。
12
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机械泵原理图
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油扩散泵
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扩散泵示意图
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注意事项：
1、不能在泵内气压高于1帕时加热扩散泵；已工作的扩散 泵停止加热后，应继续用机械泵抽空，直至冷却，否则泵 油易氧化变质。
光学薄膜基础知识
机械性能
硬度与耐磨性
光学薄膜需要有足够的硬 度和耐磨性，以抵抗摩擦 和划痕对光学表面的影响。
韧性
光学薄膜材料需要具有一 定的韧性，以防止因受到 外力而破裂或变形。
附着力
光学薄膜与基材之间的附 着力需要足够强，以保证 薄膜的稳定性和使用寿命。
表面处理与涂层技术
通过表面处理与涂层技术，可以改善光学薄膜的表面质量、提高附着力、增强抗划伤能力等，从而提高其稳定性 和使用寿命。
降低制造成本
规模化生产
通过规模化生产，可以实现成本的降 低和效率的提高，同时提高产品的可 靠性和一致性。
优化工艺参数
通过优化工艺参数，可以减少生产过 程中的浪费和损耗，降低制造成本。 同时，采用先进的生产设备和管理模 式，也能够实现成本的降低和效率的 提高。Fra bibliotek环保照明
光学薄膜可以用于LED照明设备中，提高光 效和照明质量，降低能耗和热量的产生，同 时还可以实现可调色温、可调亮度等功能， 为环保照明提供更多可能性。
THANKS
感谢观看
根据材料分类
光学薄膜可以分为金属膜、介质膜、半导体膜等，不同的材料对光的 反射、透射、吸收等特性有显著差异。
02
光学薄膜的特性
光学性能
反射与透射
光学薄膜能够根据需要改变光的 反射和透射行为，如增反膜增加 反射，减反膜减少反射并增加透
射。
干涉效应
薄膜的厚度和材料会影响光的干涉， 通过调整薄膜的厚度和材料，可以 实现对特定波长的光的干涉增强或 减弱。
光学薄膜广泛应用于光学仪器、摄影 器材、照明设备、显示屏幕等领域， 对提高光学元件的性能和改善光束质 量具有重要作用。
光学薄膜基础知识共64页
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
Байду номын сангаас
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
光学薄膜的基础知识与防反射膜 (中文版)
光學薄膜的基礎知識與防反射膜真空器械工業株式會社薄膜應用技術課1.光學薄膜的基礎知識1.1屈折率與分散1.2膜厚1.3重復反射1.4特性矩陣1.5等價膜2.單層防反射膜2.1單層防反射膜的理論2.2由MgF2構成的單層防反射膜3.雙層防反射膜3.1QQ型防反射膜3.2HQ型防反射膜4.3層防反射膜1.1受中間層屈折率變化的影響1.2受不均質膜的影響1.3受膜分散的影響5.4層防反射膜6.5層防反射膜7.7層防反射膜1.光學薄膜的基礎知識 1.1 屈折率与分散 屈折率光的速度是自然界的常數,在真空中光的速度C 的定值是300,000km/秒.但在透明的介質中,光的速度值卻很小. 譬如: 當在水中時,光在真空中的速度可高達75%(0.75C). 然而在玻璃中的速度僅約0.66C.真空(實用的空氣)中的光的速度与介質中的光的速度V 之間的比C ／V 稱為:其波長的光的介質屈折率. 通常用n 表示.也就是,介質中的光的速度與真空中的光的速度之間的關係為1／n.因此,水的屈折率是1.33, 玻璃的屈折率約為1.52.(圖1.1 介質中光的速度 )那麼,為何將光的速度比C ／V 命名為屈折率呢? 現在請參照圖1.2, 光從真空入射到介質後從而形成了入射角i. 真空中的波長λ0 ,介質中的波長λ的表示式如下:λ0 =λ = 但是, ν被視為光的振動數. 因此可得出:= = n ( 1.1 )(圖1.2 折射的規則 )n 值大, r 值則變小. 也就是說, n 值可決定入射到介質上的光的折射角度. 因此,把光的速度比C ／V 命名為屈折率.光的折射誘致人們產生諸多錯覺, 請看下列的事例.(1) 假如從外界來看水槽中的魚,其結果是魚比實際更接近於水面.且距離也特別近.(圖1.3 折射—例1 ; 水中的魚 )(2) 厚玻璃杯中的啤酒看起來卻比實際裝入的啤酒多.這是由於啤酒產生的光射到厚玻璃杯的兩個方向,因此可看到玻璃厚度比實際的薄. 倘若光直接照射時,肉眼立即會知曉. 如c ννV λ0λ Sin i Sin r c ν=果把它視為光從圖1.4的虛線方向射入,便會讓我們誤認為玻璃杯的外側也盛滿了啤酒.,(圖1.4 折射—例2 ; 啤酒杯 )分散不同振動數(即: 波長)的光在透明物質中是以不同的速度傳播的,所以會出現多種折射現象並且折射的量(即: 角度)會變遠. 假如利用棱鏡使光實現再次曲折,此時顏色各異的光可以清楚地分離開來. 由於光的振動數(距離)不同而產生了顏色分離的現象被稱之為：光的分散(Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ).最能充分說明分散現象的是:在自然現象中由於陽光射到空气的水滴里,發生光的反射和折射就形成了彩虹.(圖1.5 利用棱鏡實現分散 )(圖1.6 欲看到彩虹需具備的條件 )(圖1.7 利用水滴實現分散 )(i) 玻璃的分散通常情況下,透明介質的分散表達式為:n = A + ( 1.2 )但是, A 、B 、C 是用物質固有的常數表示, 如對具有代表性的玻璃( BK7、SF6 )進行計算,可得出 圖1.8 與 圖1.9的結論.(圖1.8 玻璃BK7的分散狀況 )(圖1.9 玻璃SF6的分散狀況 )如對各種玻璃中的光的速度進行比較可得知: 波長800nm 的光相對於波長400nm 的光,其BK7 約快1.3%, SF6 約快 4.5%.(ii) 鍍膜物質的分散具有光學性質的透明鍍膜物質“誘電體＂同樣會發生分散,特別是作為高屈折率材料被人們廣泛使用的T i O 2 /Z r O 2兩物質分散的程度更大.基板BK7鍍了1層膜厚nd=3λ0／4 (λ0 = 650nm )的T i O 2, 其分光透過率特性如圖1.10 (圖1.10 基板BK7鍍上T i O 2 nd=3λ0／4 膜層的分光透過率特性λ0 = 650nm )λ-B C從圖1.10可得出T i O2的屈折率分散式:n = 2.331 + 無分散時,正如圖1.11曲線B 所示,波長650nm 極值以外的各波峰(peak)所顯示的波長值不同於有分散時的狀況(已發生偏移). 另外,無分散時,波長650nm 与390nm 的極值透過率相同.另: 圖1.12中已列舉出各種鍍膜物質的透過波長範圍表. 在膜設計時理當考慮波長分散. (圖1.11 基板BK7鍍上T i O 2 nd=3λ0／4 膜層的理論分光透過率特性λ0 = 650nm ) (圖1.12 各種鍍膜物質的透過波長範圍表 )1.2 膜厚如前項所述,光的速度會受介質的不同而變化.但它的振動數卻不變. 如圖1.13所示的那樣,如把各類波長以λ0 ,λ; 速度以c , v ; 光的振動數以ν表示,其介質的屈折率n 為:n = = =∴ λ= λ0 ／n(圖1.13 真空与介質的關係 )也就是,屈折率n 的介質中的波長λ比真空中的波長λ0小. 因此,在屈折率n 的介質中所包含的距離d 的波數是:= 真空狀態下nd 的距離中所包含的波形數是相同的.也就是指,把屈折率n 的介質中的長度d 換算成真空中的話,就相當於光學上的nd. 因此, nd 也稱作光學距離或是光學膜厚. 在光學薄膜中僅僅把它單純地稱之為膜厚時,通常指的光學膜厚.這類光一旦通過幾何學中的膜厚d 的介質,它在真空中的波動与位相差δ的關係為:δ= × d = × nd ( 1.3 )= [ 自由空間中的傳播系數 ( ) ] × [ 介質中的光路 ( nd ) ]λ- 317.72213.888 λ0ν λνc νλ0 λ d λ nd λ02π λ λ0 2π λ02π在光的干擾原理中,此位相差δ極其重要. 在光學方面,透明薄膜的光學性質(分光特性)是 由於膜厚nd 与真空中的波長而形成了此特徵.1.3 重復反射兩面平行且在無吸收的介質(屈折ns )中, 當光垂直入射,則會產生像圖1.14在2個界面重復反射,剩餘的則作為透過光向外射出. 倘若把各界面的反射率視為R 0 , R 1 ,其反射光為:I 1 = I 0 R 0I 2 = I 0 ( 1 - R 0 ) 2 R 1I 3 = I 0 ( 1 - R 0 ) 2 R 1 2 R 0↓於是透過光則為:I 1 t = I 0 ( 1 - R 0 ) ( 1 - R 1 )I 2 t = I 0 ( 1 - R 0 ) R 1 R 0 ( 1 - R 1 )I 3 t = I 0 ( 1 - R 0 ) R 1 2 R 0 2↓因此,全反射光ΣR 為:ΣR = I 1 + I 2 + I 3 + ．．．= I 0 [ R 0 + ( 1 – R 0 ) 2 R 1 { 1 + R 1 R 0 + R 1 2 R 0 2 +．．．}] I 0 { R 0 +} = I 0∴反射率R = ( 1.4 )另外,全透過光ΣT 是:ΣT = I 1 t + I 2 t + I 3 t + ．．．= I 0 ( 1 – R 0 ) ( 1 – R 1 ) ( 1 + R 0 R 1 + R 0 2 R 1 2 +．．． ) ( 1 - R 0 ) 2 × R 11 - R 1 R 0 ～R 0 + R 1 - 2R 1 R 0 1 - R 1 R 0R 0 + R 1 - 2R 1 R 0 1 - R 1 R 0I 0= I 0∴透過率T =( 1.5 )介質兩面的反射率相等時, 公式 ( 1.4 ) 與 ( 1.5 )中,假設R 0 = R 1 , 則反射率為:反射率R = ( 1.6 )透過率T = ( 1.7 )另外, 單面的反射率R 0 為:R 0 = ( ) 2( 1.8 ) 使用公式( 1.8 ) 與 ( 1.6 )計算: 當光垂直入射到透明玻璃表面時的單面以及兩面的反射率,可得出像表1.1那樣的數值.屈折率ns = 1.50的單面反射率是4.0%, 然而在兩面時並非為它的2倍8.0%, 卻是7.69%. 表1.1 各種玻璃的反射率1.4 特性矩陣 (ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ )我們把不同介質的薄膜重疊多層, 使其境界面的反射光相互干擾的物體稱之為多層薄膜. 在多層膜中對於所期望的光學特性而未能滿足時,則采取增加膜層數的方式得以解決. 解析這類多層膜的光學特性的方法不勝枚舉,其中一種是: 使用極其有效的矩陣.詳細資料可參見文獻．書籍,在此只針對其概念以及它的實用性進行說明.( 1 - R 0 ) ( 1 – R 1 ) 1 - R 1 R 0 ～ 1 - R 1 - R 0 + R 1 R 0 1 - R 1 R 0 1 - R 1 - R 0 + R 1 R 0 1 - R 1 R 0 2R 01 + R 0 1 + R 0 1 - R 0 ( 1 - R 0 ) 2～1 + n s 1 – n s波長λ的光鍍在透明基板(屈折率ns)上所產生的屈折率n, 當垂直入射到幾何學中膜厚d 的無吸收．均質膜時,其光學特性矩陣是:M = cos δ sin δ ( 1.9 ) in sin δcos δ= m 11 im 12im 21 m 22但它的表達式則為:δ= × nd通常我們把它稱為特性矩陣或Ｈｅｒｐｉｎ ｍａｔｒｉｘ.此時,反射率R 与透過率T 為:R = ( 1.10 )T = ( 1.11 )如圖1.15所示, 多層膜中各層的特性矩陣分別為:M k , M k-1 , ．．．M 2 , M 1 時,其多層膜的光學性質是各矩陣的積:M = M k × M k-1 ×．．．M 2 × M 1( 圖1.15 k 膜層 )= Ai b i c D公式(1.10): 假如m 11 = A, m 12 = B, m 21 = C, m 22 = D, 那麼k 層膜的反射率便能輕易求解. 下面我們來關注一下位相δ. 固定λ後再使膜厚nd 發生變化,只有在膜厚變化的情況下才能計算出反射率與透過率. 相反,在固定膜厚nd 後再使λ發生變化,此時波長的反射率與透過率的變化(分光特性)便可計算出來. n i 2πλ(m 11 - ns × m 22 ) 2 + ( ns × m 12 - m 21 ) 2 (m 11 + ns × m 22 ) 2 + ( ns × m 12 + m 21 ) 2(m 11 + ns × m 22 ) 2 + ( ns × m 12 + m 21 ) 241.5 等價膜(ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ)在設計．制作多層薄膜時, 根據基板的屈折率選用持有所期望的屈折率之鍍膜藥材.為解決此問題,下記方法請掌握並靈活運用. (混合膜的方法)(1) 在真空中屈折率各異的2種物質已同時鍍膜.(2) 空氣中2種物質按照適當的重量比混合後再進行鍍膜.但是生產線若想制造出持有所期望的屈折率的混合膜,在再現性方面卻是很難實現的.為避免此類情況的發生, 与混合膜可媲美的是”等價膜”. 高低2種屈折率的物質被對稱地組合成三層膜,此時一波長的光可用均質膜替代(Ｈｅｒｐｉｎ定理) .當與光的波長相比較它的膜厚非常小時,比如等價膜厚在λ／4以下時,光學膜厚的變化對其等價屈折率波及的影響比預計小.像這類等價膜,在一定波長範圍內,它具有與均質膜相似的等價特性.也就是,如使用可互換的2種物質,就能夠制造出持有所期望的屈折率的薄膜.如圖1.16所示,當出現屈折率n 1, n 2 的對稱型3層交替層時,它的特性矩陣M 為: cos δ1 sin δ1 cos δ2 sin δ2 in 1 sin δ1cos δ1 in 2 sin δ2 cos δ2cos δ1 sin δ1 in 1 sin δ1cos δ1cos △sin △ in 1 sin δ1 cos △圖1.16 等價膜但它的關係則表示為:δ1 = ×ｎ1 ｄ1 , δ2 = ×ｎ2 ｄ2 , △= N D N 稱為等價屈折率, △稱為等價位相角.ni M = ×n i ni Ni = 2π λ 2πλ2πλ此時,當ｎ1＜ｎ2時,則ND=λ／4. 具體請參照ｎ1ｄ1 , ｎ2ｄ2的求解程式後再實際運用.該程式如圖1.17所示. 變量U与膜厚比2ｎ1ｄ1／ｎ2ｄ2、變量k1和k2与λ／4以及變量N3之間的膜厚系數(ｎ1ｄ1 = k1×λ／4) 皆被稱為等價屈折率.(圖1.17 對稱3層型等價膜的膜厚計算程式)由MgF2 (ｎ1 = １．３８)与Z r O2 (n = ２．０)構成的對稱3層型等價膜的膜厚与等價屈折率之間的關系請參照圖1.18.圖1.19是以眼鏡鏡片為代表的3層防反射膜(基板－A12 O3－Z r O2－MgF2 ) 的分光反射率特性, 再者, 將第1層的A12 O3 (ｎ= １．６１) 換成由MgF2与Z r O2構成的等價膜後,其分光反射率特性如圖1.20所示. 兩者比較後可得知, 雖說短波長和長波長之間存在些許差異,但由於等價膜的關係卻使它變得非常實用.(圖1.18 對稱3層型等價膜的膜厚與等價屈折率)[圖1.19 ng = 1．52, ｎ1 = 1．61(A12 O3),ｎ2 = 2．0(Z r O2) ](圖1.20 將A12 O3更換成由MgF2与Z r O2構成等價膜之分光反射率特性)* 間接輸入時如字面那樣它是指材質的種類數.ＡＩＲ／（ＨＬ）3ＨＨ（ＬＨ）5 ／ＮＳ1 2 3 4因此,此時材質的種類分4種. ( ＨＯＷ ＭＡＮＹ ＭＡＴＥＲＩＡＬ)在鍍膜(例如Ｈ,Ｌ等) 時,各鍍膜的材質与膜厚必須相同. 當然,Ｈ与Ｌ即使不同也沒關系.由此可見,材質相同但厚度不同時,可以直接輸入.下列例題是針對間接輸入進行了說明. (參見ＥＸ－１)ＤＩＲＥＣＴ ＩＮＰＵＴ（Ｏ） ＯＲ ＮＯＴ（１）在上記括號中輸入１例題的鍍膜模式是:ＮＳ／（ＨＬ）2ＨＨ（ＬＨ）2 ／ＮＳ1 2 3故材質種類變為3. ( ＨＯＷ ＭＡＮＹ ＭＡＴＥＲＩＡＬ)接下來在以下ＨＯＷ ＭＡＮＹ ＭＡＴＥＲＩＡＬ中輸入指定的鍍膜材質個數(例：３).各種鍍膜每種鍍膜名稱(Ｈ,Ｌ等由用戶定義), 膜厚(Ｎ×Ｄ,波長單位,基板的厚度也需象徵性地輸入,故此時輸為0即可), 鍍膜材質名(基板本身的玻璃名).鍍膜名稱的命名不能重復. (詳見示例)待以上內容輸入完畢後,有關鍍膜材質,基板玻璃的信息假如“鍍膜材質登錄文檔＂中沒有指定材質名時,便會出現ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＮＡＭＥ ＥＲＲＯＲ的錯誤警告,此刻則需要手動輸入屈折率及吸收系數. 按理說已登錄的鍍膜材質或是玻璃的輸入設定在出現輸入錯誤(ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＮＡＭＥ ＥＲＲＯＲ) 時,象徵性的輸入適當的值,待各種初期data均輸入完成後,根據ＭＩＮcommand再輸入即可解除. 膜厚輸入錯誤時,則使用ＮＤＩcommand訂正.屈折率以及吸收系數在輸入時,該程式已將屈折率設定為ｎ,吸收系數設定為ｋ,一般情況下需考慮波長分散性, 因此, 其數值(俗稱內插法) 如下:ｎ2= ａ0 +ａ1λ+ａ2λ2 +ａ3／λ2 +ａ4／λ4 +ａ5／λ6 +ａ6／λ8ｋ= MAX ｂ0 +ｂ1λ+ｂ2λ2 +ｂ3／λ2 +ｂ4／λ4 +ｂ5／λ6 +ｂ6／λ8上記是使用各7個最大系數ａ0 ~ａ6 , ｂ0 ~ｂ6所構成的公式. “從層次低~何項止”可指定輸入.※名詞解釋插值法又稱“內插法”，是利用函數f (x)在某區間中若干點的函數值，作出適當的特定函數，在這些點上取已知值，在區間的其他點上用這特定函數的值作為函數f (x)的近似值，這種方法稱為插值法。
薄膜技术讲义
薄膜技术讲义薄膜基础知识一、光学图纸和技术文件中的常用术语及符号符号术语N 光圈数△N 光圈局部误差△R 标准样板精度B 表面疵病C 透镜偏心差d透镜中心厚度T透镜边缘厚度D零件直径Ｄ０（Ｄm)零件有效直径二、光学材料的基本知识１、光学材料的种类光学玻璃分为2大类:冕牌玻璃(K)和火石玻璃(F)2、光学性能:1)化学稳定性:玻璃抵抗水溶液、潮湿空气及其他侵蚀性介质如酸、碱、盐等破坏的能力；(DW DA)2）机械性能：比重、脆性、弹性、硬度（相对抗磨硬度FA）；3）热性能：热稳定性：指玻璃经受急冷急热的性能。
三、光学薄膜的分类及设计§3-1光学薄膜的分类1.减反膜2.滤光膜 3 保护膜4 内反射5 外反射6 高反膜7 分束膜8 分色膜9 偏振膜10 导电膜§3-2光学薄膜的基本特性和内容基本特性序号基本特性主要内容1 光学性能膜层在某一光谱范围内的反射、透射、吸收、散射等特性，同时包括折射率和消光系数等光学常数2 表面质量包括麻点、脱膜、擦痕、印迹、膜色不匀等3 力学性质主要包括附着力、硬度和应力4 环境适应性主要包括膜层的化学稳定性和热稳定性§3-3 光学薄膜的设计§3-3-1 减反射膜减反射膜是用来减少光能在光学元件表面的反射损失.可见光的光谱区域通常认为是400nm～760nm.1、单层减反射膜：当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的介质时，在分界面上会产生光的反射，根据费涅尔定律，反射率R=(n0-n1)2/(n0+n1)2= (1-n1)2/(1+n1)2 当介质为空气时，认为n0=1 单层膜在中心波长λ0处的反射率R= （1- n12/ nS )2 / （1+ n12/ nS )2 其中nS是玻璃基底的折射率，n1是所镀膜料的折射率。
在光线垂直入射时，在中心波长λ0 出现零反射的条件为膜层的光学厚度n1d1等于λ0的1/4，即：n1d1= λ0/4，同时膜层的折射率n1等于基底折射率nS与入射介质折射率n0乘积的平方根，即n1=∨nsn02、双层减反膜（V形减反膜）：λ/4—λ/4（W形膜）: λ/4—λ/23、多层减反膜：四、镀膜技术§4-1 真空的基本知识1、定义：指在给定空间内，压强低于1标准大气压的气体状态。
光学薄膜-基础知识
热导率
表示薄膜材料导热的能 力，影响光学薄膜的散
热性能。
光学常数
描述薄膜材料对光传播 的影响，如折射率、消
光系数等。
机械性能参数
硬度
表示薄膜材料的抗划痕能力， 影响光学薄膜的耐用性。
弹性模量
表示薄膜材料的刚度，影响光 学薄膜的稳定性和抗冲击能力 。
抗张强度
表示薄膜材料抵抗拉伸的能力 ，影响光学薄膜的耐用性和稳 定性。
反射率
表示光在薄膜表面反射的比例，影响光的利 用率。
吸收率
表示光被薄膜吸收的比例，影响光的损耗。
透射率
表示光透过薄膜的比例，影响光的透过效果。
干涉效应
由于多层薄膜对光的干涉作用，影响光的相 位和振幅。
物理性能参数
密度
薄膜材料的密度，影响 光学薄膜的质量和稳定
性。
热膨胀系数
薄膜材料受热后的膨胀 程度，影响光学薄膜的
更稳定的性能等。
多功能化
光学薄膜正朝着多功能化的方向发 展，如抗反射、抗眩光、增透、偏 振等功能，以满足不同应用场景的 需求。
环保化
随着环保意识的提高，光学薄膜的 环保性能也受到了越来越多的关注， 如使用环保材料、降低生产过程中 的环境污染等。
技术挑战
制造工艺
光学薄膜的制造工艺非常复杂， 需要高精度的设备和技术，如何 提高制造工艺的稳定性和重复性
02
它是一种重要的光学元件，广泛 应用于各种领域，如显示、照明 、通信、摄影等。
光学薄膜的特性
01
02
03
高反射性
通过选择合适的膜层材料 和厚度，可以获得高反射 率，用于增强光的反射效 果。
高透射性
通过调整膜层的折射率和 厚度，可以获得高透射率， 用于提高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的透射效果。
光学薄膜工艺基础知识培训
喷墨打印技术
总结词
喷墨打印技术是一种通过将液态墨水以 微滴形式喷射到基材表面形成图案的方 法。
VS
详细描述
喷墨打印技术具有较高的分辨率和灵活性 ，适用于制备复杂图案和个性化定制的光 学薄膜。然而，由于需要高精度的喷墨设 备和高质量的墨水，因此制造成本较高。
03 光学薄膜的性能参数
光学性能参数
01
在照明领域，光学薄膜主要用于提高灯具的亮度和均匀性； 在摄影领域，光学薄膜可以提高照片的色彩和清晰度；在医 疗领域，光学薄膜可以用于手术显微镜、内窥镜等医疗设备 的制造。
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溅射镀膜
总结词
溅射镀膜是一种利用高能离子轰击靶材表面，使靶材原子或分子从表面溅射出 来，并在基材表面沉积形成薄膜的方法。
详细描述
溅射镀膜具有较高的沉积速率和薄膜质量，适用于制备高质量、高性能的光学 薄膜。然而，由于需要高能离子源和高真空环境，因此制造成本较高。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是一种利用气态化学反应在基材表面沉积形成薄膜的方法。
02 光学薄膜的制造工艺
真空蒸发镀膜
总结词
真空蒸发镀膜是一种在真空条件下，通过加热蒸发材料，使 其原子或分子从表面气化逸出，并在基材表面凝结形成薄膜 的方法。
详细描述
真空蒸发镀膜具有较高的沉积速率和较低的制造成本，适用 于大面积镀膜。然而，由于高温蒸发过程可能导致材料损失 和污染，因此需要严格控制真空度和蒸发源的纯度。
附着力与粘附性
描述薄膜与基材之间的粘 附能力，需满足一定的附 着力标准，确保薄膜不易 脱落。
抗张强度与韧性
薄膜在受到外力时的抗拉 伸和弯曲能力，是评估其 耐用性的重要指标。
光学膜片知识点总结
光学膜片知识点总结一、光学膜片的基本原理光学膜片是利用薄膜的干涉效应来实现对光的调控的光学元件。
薄膜的光学性质与其厚度、折射率及透射率等参数密切相关，通过对这些参数进行设计和调控，可以实现对光的波长、偏振、相位等的调控。
光学膜片的工作原理主要基于薄膜的干涉效应和多层膜的反射和透射规律。
1. 干涉效应：当光线通过薄膜时，由于薄膜的厚度和折射率的不同，光线在薄膜内部和表面之间会发生反射和透射，从而产生干涉现象。
这种干涉效应可以用来实现对光的波长和相位的调控。
2. 反射和透射规律：多层膜的光学性质与薄膜的材料、厚度、层序、折射率等参数相关，通过合理设计多层膜的结构，可以实现对光线的反射和透射的控制，从而实现对光的偏振和波长的调控。
基于以上基本原理，光学膜片可以实现对光的色散、偏振、透射率等的调控，具有广泛的应用前景。
二、光学膜片的主要特性1. 调控范围广：光学膜片可以实现对光的波长、偏振、相位等的调控，调控范围广，具有较大的应用潜力。
2. 光学性能优良：光学膜片具有优良的光学性能，如高透射率、低反射率、高色散率等，能够满足各种光学系统的需要。
3. 结构简单紧凑：光学膜片的结构通常比较简单，可以设计成紧凑的结构，便于集成和应用。
4. 制备工艺成熟：目前光学膜片的制备工艺已经比较成熟，可以利用各种方法和工艺制备出具有良好性能的光学膜片。
5. 适应性强：光学膜片可以根据具体的应用需求进行设计和制备，具有较强的适应性，适用于不同的光学系统。
在以上方面，光学膜片具有许多优良特性，是一种非常重要的光学元件。
三、光学膜片的制备工艺光学膜片的制备工艺是实现其优良性能的关键。
光学膜片的制备工艺通常包括薄膜沉积、膜层设计、光刻、膜层厚度和成分控制、表面处理等工艺步骤。
1. 薄膜沉积：薄膜沉积是制备光学膜片的基础工艺，主要包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和溅射沉积等技术，通过这些技术能够在衬底上制备出所需的薄膜材料。
光学薄膜的基本知识
光学薄膜的基本知识124 第三章光学薄膜的基本知识⼀个介质如果它的性质在过考察点并与某⼀固定⽅向相垂直的平⾯上的各个⽅向都⼀样，我们就叫它为分层介质。
图3-1就是分层介质的⽰意图，图中z 轴所指的就是这⼀固定⽅向。
对于图⽰的各层介质来说，其介电常数和磁导率εε=()z ， µµ=()z图3-1 分层介质结构本章中我们由分析最基本的单层介质膜⼊⼿，进⽽分析周期性的多层介质膜。
通过对多层⾼反膜、增透膜、⼲涉滤光⽚原理的介绍了解常见的光学薄膜的基本知识。
最后通过⾦属膜理论的介绍了解吸收膜的性质。
§3-1 单层介质膜在⼀块玻璃基底上(n 3=1.5)镀制⼀层厚度不到⼀个波长的氟化镁薄膜(n 2=1.38)，膜的上⽅为空⽓(n 11=)，这样的三层介质就构成了⼀个单层介质膜。
光⼊射⾄单层介质膜，在膜层中有电磁场分布，对三层介质中的场量分析是以麦克斯韦电磁理论为依据。
作为简化的处理⽅法，我们直接运⽤电磁理论的结果来讨论各个区域中的总电场和磁场以及它们的边界条件。
⼀、求特征矩阵的数学处理⽅法图3-2为⼀单层介质膜的⽰意图。
设⼊射的单⾊平⾯波为⼀线偏振光，它可以分解为电⽮量垂直于⼊射⾯的TE 波和电⽮量平⾏于⼊射⾯的TM 波。
由于E 的垂直分量和平⾏分量在介质突变处的边界条件是相互独⽴的，所以这两种波相互独⽴。
图3-2中只画出了TE 波，以下的讨论就是针对TE 波进⾏的。
⾄于TM 波，可以⽤类似的处理⽅法，得出相应的结果。
选取相当于图3-1中(,)x y 坐标相同的两个考察点A Ⅰ、A Ⅱ，这种选取考察点的⽅法以后还要推⼴到多层膜。
现在就⽤⽐较这些处于同⼀竖直轴上的点场量演化的⽅法来建⽴层与层之间电磁场的传输关系。
图3-2a 中所标的E r Ⅰ、'E r Ⅱ、E t Ⅱ等，都代表介质中该点上沿图中所标定⽅向传播的所有可能波的总和，由于求和的过程已经包含在内，所以不125再追究得到它们以前的详细过程。
光学薄膜原理
E
r 0
)
N1(k0
E
t 1
)
N
0
E
i 0
N
0
E
r 0
N
1
E
t 1
N
0
(
E
i 0
E
r 0
)
N 1 E1t
(2)
(1)×N1-(2)得振幅反射系数:
r
E
r 0
E
i 0
N0 N1 , N0 N1
(1)×N0+(2)得振幅透射系数:
t
E
t 0
E
i 0
2N0 N0 N1
垂直入射时能量反射率和透射率:
12
1 2 E2
1
2 1 H 2
E
12
1 2
E2
1
2 1
H2
( e iδ1 = cosδ1+ i sinδ1, e -iδ1 = cos δ1 - i sin δ1 )
H0=YE0, H2=η2E2
E0
1 Y
cos 1
i
1
sin
1
i sin
1 cos
1
1
1
2
E
2
B
C
光学薄膜的基本原理
第一章：光学薄膜设计的理论基础
第一节: 电磁波及其传播 第二节: 单界面的反射和折射 第三节: 单层薄膜的传输矩阵 第四节: 多层薄膜的分析方法
第二章：典型薄膜系统的设计
第一节: 增透膜(减反射膜) 第二节: 分光膜 第三节: 高反射膜 第四节: 干涉截止滤光片 第五节: 带通滤光片
第一章
光学薄膜设计的理论基础
第一节 电磁波及其传播
光学薄膜基础知识
1 冕牌玻璃----K带头的玻璃 折射率n较小 色散系
数大 钡冕 等 可分为氟冕 FK 磷冕 PK 轻冕 QK BaK 重冕 ZK 镧冕 LaK 特冕 TK
数大 可分为冕火石 KF 轻火石 QF 钡火石 BaF 重火石 ZF 镧H火石 LaF 等
2 火石玻璃----F带头的玻璃 折射率n较大 色散系
00
2
7
10-4
0
3
10-4
3
10
10-4
1
5
10-4
4
20
10-4
玻璃的光学均匀性以一块玻璃中各部位间的折射率微差最大值 nmax表示时 按下表分为4类 类别 H1 H2 H3 H4 折射率最大微差 2 5 1 2 10-6 10-6 10-5 10-5 nmax
2
有色玻璃
它主要是滤光作用 有时候替代镀膜有时候和薄膜组 合 按照着色原理可以分为胶态着色和离子着色有色玻璃 两类 通过加入不同的吸收离子我们可以得到各种各样颜 色的玻璃 我们在用的蓝玻璃就是一种有色玻璃 HOYA叫 CM5000 肖特叫BG38 BG39等 国际 国内均有一些 专业的有色玻璃生产商
0——中心波长
Tmax——中心波长透射率
或 峰值透射率
2⊿
——透过率为峰值透过率 一半的波长宽度 也称通带半宽 度 有时也用2⊿ / 0表示相对 半宽度
四
带通滤光片
可分为
根据膜层的不同
金属滤光片 全介质滤光片 双半波 三半波全介质滤光片 金属诱导透射滤光片
100 80 % Transmittance 60 40 20 0 500
四
带通滤光片
从光学薄膜的角度来讲 最有意义的进 展是1899年出现的法布里-珀珞干涉仪 它是干涉带通滤光片的一种基本结构 而 自从1940年出现金属-介质滤光片以来 它已经在光学 光谱学 激光 天文物理 学等各个领域得到了广泛的应用
光学薄膜-基础知识
光学薄膜-基础知识
% T r a n s m it t a n c
单半波与双半波滤光片光谱曲线
100
80
60
40
20
0
500
520
540
560
580
600
W a光v学e l薄e n膜g-t基h 础( n知m识)
金属诱导透射滤光片
光学薄膜的类型与符号
光学薄膜-基础知识
光学薄膜的依附体 ——基板
光学薄膜-基础知识
光学上常用的基板
一、玻璃----在光学应用上最重要 二、陶瓷 三、光学晶体 四、光学塑料（如PC、PMMA等） 五、金属
光学薄膜-基础知识
一、玻璃
玻璃可以分为：
1、普通玻璃 2、无色光学玻璃 3、有色光学玻璃 4、特殊玻璃等
T r a n s m it t a n c
诱导透射滤光片
100
80
60
40
20
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000
W a光v学e l薄e n膜g-t基h 础( n知m识)
光学薄膜-基础知识
干涉截止滤光片的几个重要指标
1．透射曲线开始上升(或下降) 时的波长以及此曲线上升(或下 降)的许可斜率 2．高透射带的光谱宽度、平均 透射率以及在此透射带内许可 的最小透射率 3．具有低透射率的反射带(抑 制带)的光谱宽度以及在此范围 内所许可的最大透射率。
光学薄膜-基础知识
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光学薄膜工艺基础知识
工艺因素对薄膜性能的影响机理大致为：
一、基片材料
1、膨胀系数不同热应力的主要原因；
2、化学亲和力不同影响膜层附着力和牢固度；
3.、表面粗糙度和缺陷散射的主要来源。
二.、基片清洁
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损伤能力差；
3、透光性能变差。
三、离子轰击的作用
提高膜层在基片表面的凝聚系数和附着力；提高膜层的聚集密度，氧化物膜层的透过率增加，折射率提高，硬度和抗激光损伤阈值提高。
光学镜片小知识
镜片材料分类
玻璃镜片包括光学玻璃镜片及高折射率镜片（即通常所称的超薄片），其硬度高、耐磨性能好，一般其质量及各项参数不会随时间而改变，但是玻璃镜片的抗冲击性及重量方面要略逊于树脂镜片。
树脂镜片一般要比玻璃镜片轻得多，且抗冲击性能要优于玻璃片，防紫外线能力强，但其表面硬度较低，比较容易被擦伤。
树脂镜片及镀膜镜片由于其特性较软，所以平时应注意不要让镜面直接接触硬物，擦洗时最好先用清水（或掺合少量洗洁精）清洗，然后用专用试布或优质棉纸吸干眼镜片上的水滴。
此外，在环境条件较差的地方应慎用镀膜镜片，以免沾上污物难以清洗。
宇宙（PC）镜片：折射率高，牢固，但易磨损.多数使用于小孩子的眼镜片，无框架的装配或运动员的护眼罩。
镜片镀膜后有哪些优点？
镀膜镜片可以降低镜片表面的反射光，视物清楚，减少镜面反射光，增加了光线透过率，也解决戴眼镜在强光下照像的难题，增加美感。
镀膜眼镜能防止紫外线、红外线、X线对视力的伤害。
配戴镀膜眼镜不易疲劳。
对荧光屏前工作人员的视力可受到保护。
镀膜树脂镜片除应避免划碰高温外，亦应避免酸类油烟等侵蚀，如在日常生活中最好不要戴镜下厨，尤其是通风不好油烟大时；同时亦不能戴（带）镜进（近）热水淋浴环境，平常临时放置时应将镜片凸面向上，随身携带时应将眼镜放入盒内，不要随便放入口袋中或挂包中，那样极易使膜层擦伤。
镜片的使用寿命为多久？
如果镜片没有划痕，可以一直使用么？答案是不可以。
树脂镜片的加工是液化单体高温或紫外线固化而成，随着使用周期变长，环境和温度的变化，镜片表面的膜层和镜片本身的材料都会发生物理变化，膜层在显微镜下看会变的凹凸不平，材料本身局部的光度和验配的时候已产生差异，导致光线散射，舒适度降低，使用时间长会有眼睛干涩、发胀的症状，这个时候，就需要更换镜片了。
时间大概在2年到3年左右。
球面镜片与非球面镜片
传统的球面镜片，不仅镜片较厚，而且透过镜片周边看事物有扭曲、变形等现象发生，称为像差。
透过球面镜片观察配戴者，也能够明显发现其脸部轮廓的变形现象。
非球面镜片不仅使镜片的中心厚度和边缘厚度减少，使镜片更薄，更消除周边像差，给配戴者自然视力.对于视力度数高的消费者，选择非球面镜片可能更加合适。
同一材料、同一度数的球面与非球面相比，非球面镜片更平、更薄、视物更逼真、更自然舒适。
如果对着灯管观看镜片镀膜形状，一般是非球面镜片反射的灯管较直（高屈光度镜片除外）；而球面镜片由于表面各部位曲率不同，灯管形状弯曲度较大。