2019现代光学薄膜技术6
现代光学薄膜制造技术讲义
G|HLHLHLHLHLHLHLHLH |A
nH 为 Ta2O5 n≈2.05
n =1.45
L
在现在的计算程序中，考虑到了色散。λ 0＝350nm。
（2）上述膜系在可见光区有激烈的波动。透射光带有颜色。要
在可见光区得到一条平坦， T≥95%的曲线可用薄膜光学中的长波通膜 系，即将上述膜系改为：
G|0.5HLHLHLHLHLHLHLHL0.5H |A
3
是一个严重的缺点。 实验发现，用极值法生产单色滤光片时有很高的定位精度。但同 时我们却发现：在单色滤光片的次峰严重变形，偏离理论值，而这时 用石晶法监控的产品则其次峰要规矩得多。 用石晶控法生产的膜系，膜层的误差没有补偿和传递作用。因此 虽然它在单一波长处误差较大，但从宽波长范围来说，其整体误差较 小。 如果我们要制造一个超宽带的增透膜（450nm～1150nm） (1)如单一波长的光控制造，其产品会经常 出现废品，次品会增 多。 (2)用石英晶控法生产，成品率高是一种好的选择。 (3)如现有设备只有光控时，可使用变波长监控， 切断每层膜的误 差传递。会有比较好的制造效果。 c.膜系设计中的灵敏度误差 膜系制造中的误差，我们已经讲了两个（a）膜层厚度判定方法误 差： (b)膜层厚度补偿误差。现在我们来讲座膜系设计中的灵敏 度误差！ 应该说，对于给定的光谱曲线，我们可以设计很多种不同的 膜系来实现。现在的问题是哪种膜系设计好？哪种膜系设计差？ 我们必须进行膜系膜层误差分析，摒弃那些对制造误差有非常严 重要求的膜系，最后选取有高成品率有优良光学性能的膜系。为 此我们要做到：
2019现代光学薄膜技术6
假定导纳为 i 的基片上有导纳为
n 的单层膜
B
C
cos
in sin
i sin n cos
1 i
组合导纳 Y C B 一般为复数，设
Y x iy
分别取实部、虚部相等
，经过整理消去
x2 y2 2 2 n2 x n2
这是一个园的方程，圆
心坐标
2
2 2
若在所考虑的整个波段内，忽略膜的色散， 则对于所有波长振幅反射系数r1，r2、r3和r4均 相同。
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
为了避免在作矢量图时方向混乱，我们可以规定： 1． 矢量的模r1, r2, r3, r4…，正值为指向坐标原点负
值为离开原点． 2． 矢量之间的夹角仅决定于膜层的光学厚度和所考察
➢采用变折射率的所谓非均匀膜，它的折射率随着厚度的增 加呈连续的变化；
➢采用几层折射率不同的均匀薄膜构成多层增透膜；
薄 膜 光 学——典型膜系
1.2 双层增透膜
对于单层氟化镁膜来说冕牌玻璃的折射率是太低了。 为此，我们可以在玻璃基片上先镀一层1/4波长厚的、折 射率为n2的薄膜，这时对于来说薄膜和基片组合的系统 可以用一折射率为Y=N23/n3的假想基片来等价。显然， 当n2>n3时，有Y＞n3．也就是说，在玻璃基片上先镀一 层高折射率的λ0／4波长厚的膜层后，基片的折射率好象 从n3提高到Y=N23/n3 ，然后镀上λ0／4波长厚的氟化镁膜 层就能起到更好的增透效果。 构成λ0／4- λ0／4型增透膜， 若使中心波长的反射率为零，应满足：
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
为了避免在作矢量图时方向混乱，我们可以规定： 1． 矢量的模r1, r2, r3, r4…，正值为指向坐标原点负
薄膜光学6
T
(0u11
4 0k 1 k 1u22 ) 2 (0k 1u12 u21 ) 2
为简化令 0 1 ，如果 u11 u22 2 1 ，T T未与u12、u21无 关
未镀膜及片相比较 4 k 1 0 T未 0 k 1 2
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
1
g边
1 g ,因 此
反射带宽与H、L的折射率有关
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
薄 膜 光 学——典型膜系
用相对波数表示带宽：
1 g 1 g
用波长表示带宽：
0 1 1 g 2 0 1 g
0 / 1 g 0 / 1 g 2g0 / 1 g 2g0
Wavelength (nm)
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
薄 膜 光 学——典型膜系
全介质反射膜
金属反射镜的吸收是始终存在的， 使它在很多场合不能 应用，如有些高能 激光膜，这时候需要全介质高反膜。我 们知道：由H/L高低介质重复叠加可以 对某一波段进行高反射。如 （HL)sH/Glass结构的导纳：
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
薄 膜 光 学——典型膜系
当n1>n2时
比较两个 反射率 R*>R
1 ( n ik ) (1 n ) k R 2 2 1 ( n ik ) (1 n ) k
2 2
2
4 n n 2 1 1 1 n k n n2 2 * R 2 2 4 n n k2 1 1 n 1 n n 2 2 2
光学薄膜技术
光学薄膜技术
光学薄膜技术是一种广泛应用于科研、工业、医疗、航空、航天、国防等多个领域的技术，它主要涉及成像光学系统应用和非成像光学系统应用两个方面，可以实现光谱选择、光能量增强以及色差均衡等。
随着应用领域的不断拓展，光学薄膜技术已经发展成为一门独立的专业技术。
在成像光学系统应用方面，各种空间相机、光谱仪、望远镜等的不断开发和应用为光学薄膜技术的发展拓展出了更加广阔的应用领域，如红外光学薄膜在卫星遥感、导航等方面的应用，窄带超窄带滤光片在新一代空间光学遥感仪中的应用等。
非成像光学系统应用则主要实现光谱选择、光能量增强以及色差均衡等。
例如，光谱选择可以用于卫星遥感、国土资源探测、海洋探测等领域；光能量增强可以用于提高照明、显示等领域的光效；色差均衡可以用于改善视觉效果、提高颜色质量等。
随着空间技术的不断发展，对地观测与空间探测等遥感探测技术成为空间技术的主要发展方向，主要包括气象观测、国土资源探测、海洋探测等。
这些领域的应用对光学薄膜的影响逐渐得到了重视和研究，已发展出了空间光学薄膜技术。
总之，光学薄膜技术是一种古老而又新型的光学技术，它有着广泛的应用前景和不断拓展的应用领域，同时也有着不断深入的研究和发展。
薄膜光学技术5
5 4 3
Antireflection coating at 532nm&1064nm
% Reflectance
2 1 0
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Wavelength (nm)
薄 膜 光 学 技 术——典型膜系
高折射率基底材料的的减反射膜
n3 B 0 i / n1 1 0 1 i 0 1 n n1 C in 0 1 3 in1 Y C / B 膜相同。
1.2 双层增透膜
Antireflection Coating 550 nm
25
20
15
% Reflectance
10
5
0 400 450 500 550 600 650 Wavelength (nm) 700 750 800
红线：1.38H 0.61L
兰线：0.31H 2.77L
NH=1.7 NL=1.46
薄 膜 光 学 技 术——典型膜系
1.1 单层增透膜
光学薄膜制备技术与应用探究
光学薄膜制备技术与应用探究随着科技的发展，光学在现代工业、生物医学、通信、信息处理等领域的应用越来越广泛，而光学薄膜作为光学器件生产制造的重要材料，对于提高器件的性能和降低成本十分关键。
本文将重点探究光学薄膜制备技术和应用。
一、光学薄膜制备技术1.溅射法溅射法是目前最为成熟的光学薄膜制备方法之一。
它利用离子束或电子束轰击靶材，靶材表面的原子或分子被抛出，形成高能离子和原子束，然后被沉积在基底表面成为薄膜。
溅射法具有较高的原子利用率和较均匀的沉积厚度分布，广泛应用于制备多种光学薄膜，如金属膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用化学反应在气相中生成沉积物的方法。
它可以在特定条件下使气相中的化学物质分子分解，并在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积法具有高沉积速率和广泛的沉积物种类，可制备不同性质、不同组成的光学薄膜。
3.离子束共沉积法离子束共沉积法是在离子束轰击靶材的同时，向靶材表面注入气体分子，通过化学反应在基底表面生成薄膜。
离子束共沉积法可以制备纯度高、致密度大的光学薄膜。
4.离子束抛光法离子束抛光法是通过利用离子束对物体表面进行抛光，去除表面缺陷，提高基底表面的光学质量，然后在抛光后的基底表面沉积光学薄膜。
离子束抛光法可制备高质量、高精度的光学器件。
二、光学薄膜应用案例光学薄膜在现代工业、生物医学、通信、信息处理等领域得到广泛应用，以下列举几个典型的应用案例。
1.光学薄膜在激光器中的应用激光器是一种利用光的放大效应产生一束高亮度、高密集度、高能量的光源，广泛用于医学、工业、军事等领域。
光学薄膜在激光器中起着关键作用，它可以用来增强激光器的输出功率、提高工作效率、保护光学元件表面。
2.光学薄膜在光电子器件中的应用光电子器件是一种能够将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号的器件，广泛应用于通信、计算机、医疗等领域。
光学薄膜是光电子器件中的关键元件之一，如激光器、电视机中的观看窗口、摄像机中的多层反射镜片等。
现代光学薄膜技术pdf
现代光学薄膜技术pdf
现代光学薄膜技术是指利用薄膜材料和相关工艺制备具有特定光学性能的薄膜结构，以满足不同应用领域对光学特性的要求。
它在光学元件制造、光学涂层、光学器件等领域具有广泛应用。
光学薄膜技术主要包括以下几个方面：
1.薄膜材料选择：根据不同的光学要求，选择合适的材料作为薄膜的基底或涂层材料。
常用的薄膜材料包括金属、氧化物、氟化物、硅等。
2.薄膜设计：通过光学薄膜设计软件进行光学薄膜的设计，确定所需的反射、透射、吸收等光学性能。
设计时需要考虑波长范围、入射角度、偏振状态等因素。
3.薄膜制备：常用的薄膜制备技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射、离子束沉积等。
这些技术可用于在基底表面沉积薄膜材料，形成所需的光学性能。
4.薄膜性能测试：对制备好的光学薄膜进行性能测试，包括反射率、透过率、吸收率、膜层厚度等参数的测量。
常用的测试方法有分光反射光谱法、椭偏仪法等。
现代光学薄膜技术广泛应用于光学镜片、滤光片、
透镜、激光器、光纤通信等领域。
它可以改变光的传播和相互作用方式，实现对光的控制和调节，提高光学元件的性能和功能，满足不同应用的需求。
薄膜物理与技术-6 现代薄膜分析方法
照相室（底片） 或数字暗室
6 现代薄膜分析方法
6.2 薄膜形貌/结构 （3）透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscopy)
一、测量原理：
1、把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子在 穿过样品的同时与样品原子碰撞而改变方向，从而产生立 体角散射； 2、散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可形成明暗 不同的影像； 3、通常：TEM的分辨率达 0.1~0.2 nm； 放大倍数为 n×104~n×106倍。
6 现代薄膜分析方法
6.2 薄膜形貌/结构 （1）X射线衍射法（X－Ray Diffraction，XRD）
转晶法测得花状金纳米颗粒XRD谱
6 现代薄膜分析方法
6.2 薄膜形貌/结构 （1）X射线衍射法（X－Ray Diffraction，XRD）
应用P170：
定性相分析 定量相分析 测定结晶度 测定宏观应力
测定晶粒大小 确定晶体点阵参数 测定薄膜厚度
6 现代薄膜分析方法
6.2 薄膜形貌/结构 电子束的作用区域及主要成像粒子：
1、电子束入射到样品表面后，会与表面层的原 子发生各种交互作用， 其作用区域大致为一个梨形区域，深度约 1m； 2、该区域在电子束照射下可实现成像和波谱分 析的主要激发粒子是： （1）最表层 (10Å)：俄歇电子； （2）浅层 (50~500Å)：二次电子； （3）梨形区上部：背散射电子； （4）梨形区下部：特征X射线。
6 现代薄膜分析方法
6.2 薄膜形貌/结构 （1）X射线衍射法（X－Ray Diffraction，XRD）
X射线的发现：1895年，伦琴对阴极射线的研究过程中发现 了一种穿透能力很强的射线 ——X射线（伦琴射线）
薄膜光学技术-6-1第六章 光学薄膜特性测试与分析
R=(I1/I0)R0
R I 1I0 R 0 I 1I0 R 0
参考样品的误差 △R0引起的误差
I1越大，即测试样片 的反射率越高，引入
的误差越大。 13
(2).高反射率测量 （二次反射法-消除参考反射镜反射率的影响）
I
ns cos1 n f
cos 2
r1s n0 cos0 n f cos1
n0 cos0 n f cos1
r2s n f cos1 ns cos2
n f cos1 ns cos2
n0 sin 0 n f sin 1 ns sin 2
2 n f d cos1
单色光源
反光镜1 (a)
i
（b）
双光路干涉法测量薄膜厚度原理示意图
d l
l2
测量的薄膜厚度范围： 3~2000nm，测量精度一般为 λ/10至λ/20。
28
薄膜吸收的测量 薄膜散射损耗的测量 薄膜抗激光损伤测试
29
6.3 薄膜非光学特性检测
1.薄膜附着力测试
平界面
形成化合物界面
合金扩散界面
光谱2.5~25μm
原理：应用麦克尔逊干涉仪对不同波长的光信号进行频率调制，
在频率内记录干涉强度随光程差改变的完全干涉图信号，并对
此干涉图进行傅立叶变换，得到被测光的光谱。
8
干涉图是红外光谱 B的()傅立叶变换，
I () 0 B 1 c 2 o d s 0 B d 0 B c2 o) d s(
从长波到短波的极值波长依次为λ0 、 λ1 、 λ2 、 ... λj ... λi
无色散时： λj = λ0 / j
《现代光学薄膜技术》课件
按照功能和应用，光学薄膜可以 分为增透膜、反射膜、滤光膜、 干涉膜等。
光学薄膜的应用领域
显示行业
液晶显示、等离子显示、投影显示等。
照明行业
LED照明、荧光灯等。
摄影器材
镜头、滤镜等。
太阳能行业
太阳能电池等。
光学薄膜的发展历程
19世纪末
光学薄膜概念诞生，主要用于 镜头增透。
20世纪初
光学薄膜技术逐渐成熟，应用 领域扩大。
真空蒸发镀膜技术适用于各种材料，如金属、半导体、绝缘体等，可以 制备单层膜、多层膜以及复合膜。
真空蒸发镀膜的缺点是难以控制薄膜的厚度和均匀性，且不适用于制备 高熔点材料。
溅射镀膜
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沉积在基片上形 成薄膜的方法。该方法具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量，适用于制备高质量的多层光 学薄膜。
详细描述
高温防护膜通常由耐高温材料制成，如硅、石英等，能够承受较高的温度和恶劣的环境条件。这种薄膜常用于工 业炉、高温炉、激光器等设备的光学元件保护，防止高温对光学表面的损伤和退化，保证设备的长期稳定性和可 靠性。
05
CATALOGUE
光学薄膜的未来发展
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
如新型高分子材料、金属氧化物、氮 化物等，具有优异的光学性能和稳定 性，能够提高光学薄膜的耐久性和功 能性。
THANKS
感谢观看
离子束沉积技术可以应用于各种材料，如金属、非金属、 半导体、绝缘体等，可以制备单层膜、多层膜以及复合膜 。
离子束沉积的缺点是设备成本较高，且需要较高的真空度 条件。
03
CATALOGUE
光学薄膜的性能参数
光学薄膜技术的研究和应用
光学薄膜技术的研究和应用一、引言光学薄膜技术已成为现代光学领域的一种重要技术，具有广泛的应用前景。
光学薄膜技术是指将某一种材料或多种材料制成若干稳定层，根据不同的光学性能而形成一个具有一定厚度的薄膜层。
在各种光学系统中，多层膜是光学元件发挥特殊光学性能的重要基础。
随着光学领域的不断发展，光学薄膜技术的研究和应用受到了越来越广泛的关注。
本文将从光学薄膜技术的基本原理、制备方法、应用等几个方面进行介绍。
二、光学薄膜技术的基本原理光学薄膜技术中的薄膜可以是单层膜，也可以是多层膜。
光学薄膜的主要原理是利用薄膜的光学性质，把光学薄膜看做一个复合材料，具有不同的光学特性和机械特性。
光学薄膜技术中最基本的薄膜是单层膜。
单层膜是指单一材料薄膜，它的光学性质由单一材料决定。
单层膜的厚度约为光的波长的一部分，通常在50~500nm之间。
单层膜具有各向同性，即各个方向上的光学性质相同。
多层膜是指由两种或多种薄膜交替而成的膜，它的厚度约在波长的几倍到十几倍之间。
多层膜可以分为带通膜和反射膜两种。
带通膜主要是利用光的衍射原理，在一定频率范围内传递光波，而其他波段则被反射或吸收。
反射膜则是利用反射原理，将进入膜的大部分光线反射回去，从而达到特定的光学效果。
三、光学薄膜技术的制备方法光学薄膜技术的制备方法主要分为物理镀膜、化学气相沉积和溅射镀膜等。
1、物理镀膜物理镀膜是将材料加热到高温后，使其表面挥发成原子或分子，然后在基片上沉积形成膜层的过程。
物理镀膜包括电子束蒸发、阴极溅射、磁控溅射等方法。
电子束蒸发是将材料加热到高温后，利用电子束将其挥发成原子或分子，然后在基片上沉积成膜。
阴极溅射是将材料作为阴极被放置在真空室中，利用离子轰击材料使其表面挥发成原子或分子，然后在基片上沉积成膜。
磁控溅射则是在溅射过程中施加外电场，使溅射的材料遵循磁场方向沉积。
2、化学气相沉积化学气相沉积根据某些气相反应的规律，在真空室中通过沉积物质的蒸汽在基片上沉积形成膜。
光学薄膜及制备教程
当膜层的光学厚度为中心波长的四分之一时，则两个 复振幅反射率的矢量方向完全相反，合矢量的模最小，此时 有
r r1 r2
若要出现零反射的情况，要求
r1 r2
即，
n0 n1 n1 n2 n0 n1 n1 n2
化简得
n1
n0 n2
因此，理想的单层减反膜的条件是：膜层的光学厚 度为1/4波长其折射率为入射介质和基片介质折射率乘积 的平方根。
2.2 介质反射膜
介质反射膜特点： 反射率高 性能稳定 不易受损伤 对入射角敏感 带宽窄
介质反射膜应用场合： 多元件复杂光学系统 激光谐振腔 高功率激光 不要求宽带的场合
介质反射膜的结构是在折射率为ns基片上镀制光学厚度为 λ0/4的高折射率（n1）膜层，由于空气/膜层和膜层/基片界 面的反射光同相位，是反射率大大增加。该中心波长λ0的光 垂直入射时的反射率为
1.2.3 多层减反膜
常用的三层减反膜是“λ/4-λ/2-λ/4”膜系。对于中心 波长来说，λ0/2光学厚度的膜层为“虚设层”，对反射率没有 影响，与“λ/4-λ/4”的双层减反膜效果相同。但是λ/2膜层 对其他波长有影响，选择适当的折射率值，可以使反射特性曲 线变得平坦。
2.高反膜
高反膜的作用：增加介质间界面反射，减少损耗。 应用：光学仪器、激光器等
金膜
红外区高反射率（~95%）
强度和稳定性比银膜好
与玻璃基片的附着性差，常用铬膜作为衬底层 不能擦洗
由于多数金属膜较软，容易损坏，常常在金属膜外面 加一层保护膜。这样既能改进强度，又能保护金属膜不受 大气的侵蚀。 对于光学仪器中的反射镜，单纯金属膜的特性已能够 满足常用要求。但是某些场合，如多光束干涉仪、高质量 激光器的反射膜等，由于金属膜的吸收损失较大，故应采 用地吸收、高反射率的介质高反射膜。
光学薄膜技术
光学薄膜概论光学薄膜光学薄膜泛指在光学器件或光电子元器件表面用物理化学等方法沉积的、利用光的干涉现象以改变其光学特性来产生增透、反射、分光、分色、带通或截止等光学现象的各类膜系。
它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。
光学薄膜的应用始于20世纪30年代。
现代，光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。
光学薄膜的特点是：表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；可以是透明介质，也可以是吸收介质；可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。
光学薄膜的基本原理:1.利用光线的干涉效应，当光线入射於不同折射系数物质所镀成的薄膜，产生某种特殊光学特性。
分类：光学薄膜就其所镀材料之不同，大体可分为金属膜和非金属膜。
a.金属膜：主要是作为反射镜和半反射镜用。
在各种平面或曲面反射镜，或各式稜镜等，都可依所需镀上Al、Ag、Au、Cu等各种不同的材料。
不同的材料在光谱上有不同的特性。
AI的反射率在紫外光、可见光、近红外光有良好的反射率，是镀反射镜最常使用的材料之一。
Ag膜在可见光和近红外光部份的反射率比AI膜更高，但因其易氧化而失去光泽，只能短暂的维持高反射率，所以只能用在内层反射用，或另加保护膜。
b.非金属膜:用途非常广泛，例如抗反射镜片．单一波长滤光片、长或短波长通过滤光片、热光镜、冷光镜、各种雷射镜片等，都是利用多种不同的非金属材料，蒸镀在研磨好之镜杯上，层数由单层到数十、百层不等，视需要的不同，而有不同的设计和方法。
目前这些薄膜中被应用得最广泛，最商业化，也是一般人接触到最多的，就是抗反射膜。
例如眼镜、照相机镜头、显微镜等等都是在镜片上镀抗反射膜。
因为若是不加以抗反射无法得到清晰明亮的影像了，因此如何增加其透射光线就是一个非常重要的课题。
2.利用光波干涉原理，在镜片的表面镀上一层薄膜，厚度为1/4 波长的光学厚度，使光线不再只被玻璃—空气界面反射，而是空气—薄膜、薄膜—玻璃二个界面反射，因此产生干涉现象，可使反射光减少。
薄膜光学PPT课件
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
光学薄膜技术
光学薄膜技术光学薄膜技术是一种在光学领域中广泛应用的技术，通过在材料表面上沉积一层或多层薄膜，可以改变光的传播特性。
本文将介绍光学薄膜技术的基本原理、应用领域以及未来发展趋势。
一、基本原理光学薄膜技术基于薄膜的干涉效应、散射效应和吸收效应，通过合理设计和控制薄膜的厚度和折射率，实现对光的反射、透过和干涉等特性的调控。
具体来说，当光通过薄膜时，会发生反射、透射和折射等现象，而这些现象可以通过选择合适的材料和设计薄膜的厚度来优化。
通过合理设计薄膜的结构，可以实现光的增透、减反射、滤波等功能。
二、应用领域1. 光学镀膜光学镀膜是光学薄膜技术的重要应用之一，广泛应用于光学元件、光学仪器和光学器件等领域。
通过对透明基片进行镀膜，可以增强光学元件的反射或透过特性，提高光学成像和传输的效率。
常见的光学镀膜包括透明导电膜、反射镜和滤光膜等。
2. 光学涂层光学涂层是指将光学薄膜应用于材料表面的一种方法。
光学涂层可以增强材料的耐磨性、耐腐蚀性和光学性能，使其具备特定的光学特性和功能。
光学涂层广泛应用于光学镜片、摄像头、眼镜镜片等光学元件的加工中，可以提高透过率、增强显色效果等。
3. 光学传感器光学薄膜技术在传感器领域也具有重要应用。
通过在传感器表面沉积特定的光学薄膜，可以实现对特定波长或特定物质的敏感检测。
光学传感器广泛应用于环境监测、生物医学、光通信等领域，为相关行业提供精准的光学检测和测量手段。
4. 光学反射膜光学反射膜是光学薄膜技术的一种重要应用形式。
通过利用反射膜的高反射率和优良的保护特性，可以实现对光学元件的保护和增强。
光学反射膜广泛应用于激光器、太阳能电池板、显示屏等领域，可以提高设备的稳定性和使用寿命。
三、未来发展趋势光学薄膜技术在当今科技发展中的地位不容忽视，随着科学技术的不断进步，其应用领域和技术性能将会不断拓展和提升。
未来，光学薄膜技术可能呈现以下发展趋势：1. 纳米光学薄膜技术：随着纳米科学和纳米技术的快速发展，纳米级光学薄膜技术将会成为未来的发展方向。
国家光学薄膜工程技术
随着环保意识的提高，未来光学 薄膜工程技术将更加注重环保和 可持续发展。研发环保材料、提 高生产效率、降低能耗等将成为 光学薄膜工程技术的重要发展方 向。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
生物医学领域
光学薄膜在生物医学领域具有广 阔的应用前景，如生物传感器、 医疗诊断仪器等。未来，光学薄 膜工程技术将不断探索在生物医 学领域的应用，推动医疗科技的 发展。
显示屏幕
光学薄膜在显示屏幕制造中发挥 着重要作用，如增透膜可以提高 屏幕亮度和对比度，改善视觉效 果。防反射膜可以减少环境光反 射，提高屏幕在明亮环境下的可 视性。
光学镜头
在相机、望远镜等光学仪器中， 光学薄膜用于提高镜头透光率、 减少眩光和鬼影，提升成像质量 。
光伏产业
光学薄膜在太阳能电池板制造中 应用广泛，如减反射膜可以增加 太阳光吸收效率，提高光伏电池 的光电转换效率。
促进技术创新：加强光学薄膜工程技术的研究，有助于推动相关领域的技术创新， 为我国的科技进步做出贡献。
国家光学薄膜工程技术的意义与目标
目标
技术突破：通过深入研究，实现光学薄膜关键技 术的突破，提高我国在该领域的自主创新能力。
产业应用：推动光学薄膜技术在各个领域的应用 ，促进产业升级和可持续发展。
国际合作与交流：加强与国际先进光学薄膜研究 机构的合作与交流，引进国际先进技术和管理经 验，提高我国光学薄膜工程技术的整体水平。
加强国际合作与交流
积极参与国际光学薄膜领域的合作与交流，引进国际先进 技术和管理经验，提高我国光学薄膜产业的国际竞争力。
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05 结论与建议
国家光学薄膜工程技术总结与评价
01
02
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H/2LH/2
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
2.对称组合的等效层 必须是对称膜系； 仅涉及多层薄膜，不包括基片； 对称膜系等效于一单层膜，也即可以替换 成一单层膜。这种等效是数学上的，不是 物理意义上的。 等效层的方法用于多层膜的设计，不是用 于作精确的计算。
薄 膜 光 学——基础理论
本此课的主要内容
•矢量法 •对称膜系的等效折射率 •导纳图解法简介
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
利用组合导纳的递推法或矩阵法计算膜系的反射率虽然 比较严格和精确，计算却较为复杂， 其工作量也较大。 对 于层数较少的减反射膜可以用矢量法作近似计算和设计，这 种方法有两个前提：
E
cos s
上式表示一个周期性对称膜称组合等效折射率E完全相 同，并且它的等效位相厚度等于基本周期的等效位相厚度s 倍．
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
L/2HL/2等 效折射率
H/2LH/2
g— 相对波数
L/2HL/2
❖膜层没有吸收；
❖在确定多层膜的特性时只考虑入射波在每
个界面的单次反射；
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
如果忽略膜层内的多次反射， 则合成的振幅反射系数由每 一界面的反射系数的矢量和 确定。每个界面的反射系数 都联带着一个特定的相位滞 后，它对应于光波从入射表 面进至该界面又回到入射表 面的过程
r r 1 r 2 e 2 i1 r 3 e 2 i 1 2 r 4 e 2 i 1 2 3
Mpq p M M1211
M12 M22
Mpq picpsoipsnp icpsoipnspicqsoiqsnq icqsoiqnsqicpsoipsnp icpsoipnsp
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
由于对称膜系的待征矩阵和单层膜的特征矩阵具有相同 的性质，可以假定以相似的形式来表示：
矢量法
R400nm=0.81%
R520nm=0.09%
R650nm=0.49%
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
对于单层膜我们可以用一个矩阵M单来表示，对于 一个多层膜可以用一组矩阵的乘积来表示：M多 =M1M2M3…Mn，一般来讲M多中的每一层都是无 吸收介质时，矩阵M多中m11和m22为纯实数，m12 和m21为纯虚数，并且，行列式值为1，但是一般 情况下m11和m22并不相等，这一点与单层膜的性 质是不同的，所以在数学上就不能等同于一个单 层膜。
各层的光学厚度：N1d1=λ/4 N2d2=λ/2 N3d3=λ/4
λ 0=520nm,我们分别计算400nm 520nm 650nm处的反射率
反射系
r1
00
1 1
0.16,r2
11
2 2
0.16,
数分别 为：
r3
22
3 3
0.07,r4
33
4 4
0.04
不同波 长的夹 角：
薄 膜 光 学——基础理论
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
如果膜层没有吸收那么各个界面的振幅反射系数为实数
r1
0 0
1 1
, r2
1 1
2 2
,
r3
2 2
3 3
, r4
3 3
4 4
各层薄膜的位相厚度为:
12N1d1cos1,2 2N2d2cos2, 3 2N3d3cos3
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
矢量法的计算步骤是首先计算各个界面的 振幅反射系数和各层膜的位相厚度，把各个矢 量按比例地画在同 一张极坐标图上，然后按三 角形法则求合矢量． 求得的合矢量的模即为膜 系的振幅反射系数，幅角就是反射光的位相变 化而能量反射率是振幅反射系数的平方。
M pq p M M 1 21 1 M M 1 22 2 icE so i n s E icso i n s
因此它可以用一层特殊的等效单层膜来描写， 这层等效膜
的折射率E（等效折射率）和位相厚度Γ (等效位相厚度) 可
以由下面方程求得： M 11 M 22 cos ,
M 12
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
对于M11的绝对值小于1的情况：
令一个周期性对称膜系 的基本周期的特征矩阵 为：
M
cos
iE sin
i sin
E
cos
膜系的特征矩阵为：
Ms
cos
iE sin
i sin
E
cos
s
可
以
证明：
Ms
cos
s
iE sin s
i sin s
的波长(即决定于膜层的位相厚度)按逆时针方向旋转。界 面上的位相跃变已经包含在振幅反射系数的符号中，不必 另作考虑。
图解法的步骤： 1． 在极坐标图上画出各个矢量； 2． 平行移出构成矢量多边形。
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
举例：3层膜N0=1 N1=1.38 N2=1.9 N3=1.65 N4=1.52
i E
sin
M 21 iE sin
而在相邻的波长范围 |m11|=|m22|<1, Γ 是实数 E = (m21 /m12 ) 1/ 2也是实数 这些波长区域对应的是通带。
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
从M=pqp可以推广到任意多层的对称膜系在数学上都可 以用一个单层膜的特征矩阵所表示。 例如：M=h(u(v(pqp)v)u)h 另：最常用的周期膜系如：M=HLHLHLHLHLH 一方面表示为:M=H(L(H(L(H)L)H)L)H 另一方面可以表示为：M=H/2（H/2LH/2)5H/2的形式 H/2LH/2是一个对称单元
若在所考虑的整个波段内，忽略膜的色散， 则对于所有波长振幅反射系数r1，r2、r3和r4均 相同。
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
为了避免在作矢量图时方向混乱，我们可以规定： 1． 矢量的模r1, r2, r3, r4…，正值为指向坐标原点负
值为离开原点． 2． 矢量之间的夹角仅决定于膜层的光学厚度和所考察
薄 膜 光 学——基础理论 单层薄膜特征矩阵
薄 膜 光 学——基础理论
薄 膜 光 学——基础理论
对称膜系的等效折射率
对于以中间一层为中心，两边对称安置的多层膜， 却具有单层膜特征矩阵的所有特点，在数学上存在着 一个等效层，这为等效折射率理论奠定了基础。 下面 我们就以最简单的对称膜系(pqp)为例说明对称膜系在 数学上存在一个等效折射率的概念。这个称膜系的特 征矩阵为：