《光学薄膜与技术》实验

实验班薄膜实验大纲

学时：8

适应班级：教改实验班

先修课程：大学物理、物理光学、薄膜技术

实验教学目的和要求：

在学习了光学薄膜设计基本理论的基础上，了解常用光学薄膜设计软件的基本功能并会利用这些常用的薄膜设计软件进行减反射薄膜、高反射薄膜、分光膜以及截止滤光片和带通滤光片等薄膜的设计和优化分析。了解常用真空获得设备的原理、使用方法和注意事项，掌握光学薄膜沉积的基本工艺流程，并针对三层减反射薄膜镀制实验，理解并掌握光学薄膜厚度监控的方法和技巧和在光电极值法监控膜厚时监控片的选择原则和基本技巧。通过以上实践教学环节，提高学生的实践动手能力和在实践中分析问题、解决问题的基本能力，加深对《薄膜光学与技术》理论课程的进一步理解，以便今后可以更好的从事光学薄膜的相关技术开发与研究工作。

实验授课内容：

1上机实验（4学时）

1.1 AUTOFILM光学薄膜设计软件的功能模块和使用（2学时）；

1.2 TFC薄膜设计软件的功能模块和使用，并设计出三层减反射薄膜（2学时）；

2. 光学镀膜机的使用和膜系的镀制（4学时）

2.1光学镀膜机的使用和注意事项；

2.2 采用电子束热蒸发技术制备三层宽带减反射薄膜；

2.3 薄膜光谱特性的测试与分析。

实验一：AUTOFILM光学薄膜设计软件的功能模块和使用

一、实验目的

1.熟悉并掌握AUTOFILM光学薄膜设计软件的组成模块和基本功能；

2.会使用AUTOFILM光学薄膜设计软件进行简单的薄膜特性计算。

二、实验预习及设计要求

预习单层光学薄膜光学特性的计算及相关理论

三、所用软件

AUTOFILM光学薄膜设计软件

四、实验内容及要求

1. 掌握AUTOFILM光学薄膜设计软件的五大模块的功能，特别是输入、优化和显示三大模块的基本功能及简单的特性特性设定；

2. 利用该软件进行单层薄膜光学特性的计算；

（1）计算K9玻璃（n=1.52）基底上单层氟化镁（MgF2，n=1.38）光学厚度为130nm时，光线垂直入射下400-700nm范围内的反射率光谱曲线；

（2）计算K9玻璃（n=1.52）基底上单层氟化镁（MgF2，n=1.38）光学厚度为130nm时，分别计算入射角为0、30、45、和60度时520nm波

长处的反射率值，并画反射率随入射角变化的光谱曲线。

（3）计算K9玻璃（n=1.52）基底上单层氟化镁（MgF2，n=1.38）光学厚度为260nm时，在波长分别为260nm、520nm和1040nm处的反射率，

并给出相应的曲线图。

五、实验报告要求

总体要求：格式规范，具有实验名称、实验目的、实验内容、实验设备等内容。该实验的具体要求：

1. 简述该软件模块的基本功能；

2. 完成实验内容2中的计算。

实验二：TFC光学薄膜设计软件的功能模块和使用

一、实验目的

1.熟悉并掌握TFC光学薄膜设计软件的组成模块和基本功能；

2.会使用TFC光学薄膜设计软件进行简单的光学膜系设计。

二、实验预习及设计要求

预习减反射和高反射光学薄膜设计的相关理论

三、所用软件

TFC光学薄膜设计软件

四、实验内容及要求

1. 掌握TFC光学薄膜设计软件的七大模块的功能；

2.利用该软件进行三层宽带减反射薄膜的膜系；基本要求：

1）基底为K9玻璃（n=1.52）；

2）膜料可以任选2-3种，（已知,Al2O3:n=1.56; MgF2: n=1.38; ZrO2, n=1.90;

TiO2: n=2.25; SiO2: n=1.45)；

3）要求该膜系在400-700波段范围内的Tave≥99.0%；Tmax≤99.8% （不考虑基底背面的影响）。

2.利用该软件设计一个高反射薄膜，要求是：

1）基底为K9玻璃（n=1.52）；

2）中心波长633nm；

3) 膜料可以任选2种，（已知,ZnS : n=2.4 ; MgF2: n=1.38;

TiO2: n=2.25; SiO2: n=1.45)；

4）要求中心波长处的反射率大于99.0%；

5）比较膜系S/(LH) 8/A 与S/(0.5LH0.5L) 8/A 有哪些异同?

五、实验报告要求

总体要求：格式规范，具有实验名称、实验目的、实验内容、实验设备等内容。该实验的具体要求：

1. 简述该软件模块的基本功能；

2.完成实验内容2和3中的相关内容，膜系设计必须给出相应的膜系结构

和光谱曲线。

实验三：光学镀膜机的使用和薄膜的镀制

一、实验目的

1. 熟悉并掌握光学镀膜机的基本构成以及每部分的基本功能；

2. 掌握光学镀膜机的操作以及注意事项；

3. 了解光学薄膜镀制的基本工艺流程以及光电极值法监控膜厚的技巧，并

进行三层减反射薄膜的镀制；

4. 了解光学薄膜透射率测试的方法并对三层减反射薄膜进行测试和分析。

二、实验预习及设计要求

1.预习光学薄膜设计的基本理论以及减反射薄膜的设计理论；

2.预习真空获得设备，旋片式机械泵、扩散泵的基本工作原理以及热偶真空

计和电离真空计的基本原理以及测量范围和注意事项；

3.预习光电极值法监控膜厚的原理、以及基本技巧；

4.预习光学薄膜镀制的基本工艺流程。

5.在熟悉膜系设计软件的基础上，设计出三层宽带减反射薄膜，并对该膜系

进行允差分析。

三、实验设备

1. ZZS700-1/G箱式光学镀膜机；

2. U3501分光光度计；

3. K9 基底和常用光学薄膜材料；

4. 其他消耗品。

四、实验内容及要求

1. 依据光学薄膜的基本理论，在K9玻璃上设计出400-680nm范围内的宽带

减反射薄膜，单面镀制该三层减反射膜后的平均透射率大于95%，峰值透射率大于95.6%；

2. 掌握光学镀膜机的基本做操流程和光学膜厚监控方法后，在ZZS700-1/G

光学镀膜机上完成以上膜系的镀制；

3.在U3501分光光度计上完成所镀制膜系的透射率测量，并对测量结果进

行分析和总结。

五、实验报告要求

总体要求：格式规范，具有实验名称、实验目的、实验内容、实验设备等内容。该实验的具体要求：

1. 描述并给出所用光学镀膜机的基本结构图；

2. 给出减反射薄膜镀制的基本工艺流程图；

3. 给出膜层镀制的基本工艺参数；

4.对照理论设计的透射率光谱曲线对实验镀制的膜系的实测光谱曲线进行

分析。