第1章-光学薄膜基础知识-文档资料
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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。
光学薄膜基础知识
光学薄膜材料需要适应各 种环境条件，如湿度、紫 外线等，以保证其光学性 能的稳定。
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。
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。
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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
光学薄膜基础知识
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
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-基础知识
稳定性和光学性能。
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。
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。
《薄膜基础知识》.(DOC)
第一部分软包装材料之---塑料薄膜基本知识 (1)一．软包装之薄膜的定义 (1)二．塑料阻透性技术介绍 (2)1.塑料的阻透性 (2)2.透过系数 (2)3.常用中高阻透性塑料的透过系数 (2)4.名词解释 (2)5.塑料阻透方式 (3)6.多层复合材料的阻透性公式： (3)7.多层共挤出复合的方式 (3)8.国内外较普遍的阻透复合方式 (4)9.中、高阻隔复合材料的标准 (4)10、无菌包装的物理性能和机械性能指标 (4)三、复合包装材料 (4)四、多层复合技术 (6)五、多层共挤复合高阻隔薄膜 (7)七、常用的阻隔材料 (9)八. 应用实例 (10)十一、塑料的热封性 (12)第二部分共挤吹膜的生产、工艺技术和应用 (12)第一章基本原料介绍 (12)一、常用塑料包装材料简介 (12)二．粘合树脂的介绍（常用粘合性聚合物） (18)1、酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚物（简称EV A改性粘合树脂） (18)2、酸酐改性的线形低密度聚乙烯聚合物（简称LLDPE粘合树脂） (19)3、酸酐改性的聚丙烯聚合物（简称PP粘合树脂） (19)4、酸酐改性的高密度聚乙烯聚合物（简称HDPE粘合树脂） (19)5、乙烯和甲基丙烯酸酯的共聚物（主要用于涂布）略 (19)6、粘结性树脂的性能及其在共挤复合中的应用 (20)第三部分塑料原料名称中英文对照表 (21)第一部分软包装材料之---塑料薄膜基本知识一．软包装之薄膜的定义在国家包装通用术语（GB4122—83）中，软包装的定义为：软包装是指在充填或取出内装物后，容器形状可发生变化的包装。
用纸、铝箔、纤维、塑料薄膜以及它们的复合物所制成的各种袋、盒、套、包封等均为软包装。
一般将厚度在0.25mm以下的片状塑料称为薄膜。
塑料薄膜透明、柔韧，具有良好的耐水性、防潮性和阻气性、机械强度较好，化学性质稳定，耐油脂，易于印刷精美图文，可以热封制袋。
它能满足各种物品的包装要求，是用于包装易存、易放的方便食品，生活用品，超级市场的小包装商品的理想材料。
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。
薄膜光学与薄膜技术_第01篇-01-薄膜光学的理论基础
c r 0r 0n2
（1-5）
式中n表示介质的折射率，均匀介质取常数值。 （2）对于各向同性线性非均匀介质，介质
非导电 s = 0, r 为实函数，则有
r r 0r r 0n2 r (1-6)
非均匀介质折射率n随空间变量变化。
k = w me
（1-25）
则方程（1-22）和方程（1-23）就化为理想介 质中的复矢量波动方程。
薄膜光学与薄膜技术基础
波数 k 也称之为空间角频率。波数 k 与
波速 u 及角频率 w之间的关系为
k = w me = w = wn uc
（1-26）
式中
u= 1 = c me n
（1-27）
为光波在介质中的传播速度，c为真空中的光
界面上的自由电流面密度复振幅矢量。如果
把边界条件写成标量形式，有
ìïïíïïî
E%1t H%1t
= -
E%2t H%2t
=
J%s
(1-18)
式中 E%1t 、E%2t 和 、 H%1t H%2t 分别表示介质1和介质2分 界面上电场和磁场复振幅矢量的切向分量。J%s 为分界面上 p2 2 4 2 2
n
1 2
p2 1 4 2 2
（1-11）
式中 n 称之为导电介质的折射率，a 称之为消
光系数。由式（1-11）可以看出，导电介质
的折射率和消光系数是光波频率的函数，所
以光波在导电介质中传播或在导电介质表面
CsI
KI CsBr
BaF2
KBr
CaF2
KCI
SiO2
NaCI
NaF
0.8 100 200
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
光学薄膜资料
02
介质膜材料
• 氧化铝、氧化锆、氟化镁等
• 具有高透射率、低损耗等特点
• 常用于透射膜、增透膜等
03
复合膜材料
• 金属与介质材料的复合
• 可以实现多种光学性能的兼容
• 常用于抗反射膜、波长选择膜等
光学薄膜在光学仪器中的应用
镜头
⌛️
• 减少反射损耗，提高成
像质量
• 增加透光率，提高光能
利用率
• 实现特定功能，如偏振
光学薄膜：原理、应用与制造技术
DOCS SMART CREATE
CREATE TOGETHER
DOCS
01
光学薄膜的基本概念与原理
光学薄膜的定义与分类
光学薄膜的定义
• 是一种具有特定光学性能的薄膜材料
• 可以通过控制薄膜的厚度、折射率等参数来实现特定的光学效果
• 在光学系统中起到重要作用，如提高成像质量、降低损耗等
常见失效模式
• 膜层脱落：薄膜在使用过程中，膜层与基材分离
• 裂纹：薄膜表面或内部出现裂纹，影响薄膜性能
• 腐蚀：薄膜在使用过程中，受到环境因素的影响，发生腐蚀
原因分析
• 制备工艺问题：如沉积过程中的温度、压力等参数控制不当
• 材料选择问题：如材料本身的稳定性、耐腐蚀性等性能不足
• 使用环境问题：如环境湿度、温度、紫外线等环境因素的影响
• 折射率仪：用于测量薄膜的折射率
估薄膜的可靠性
• 表面形貌仪：用于测量薄膜的表面形貌
光学薄膜的性能指标与评估方法
性能指标
• 透射率：光线通过薄膜的强度与入射光强度的比值
• 反射率：光线在薄膜表面反射回原方向的强度与入射光强度的比值
• 折射率：光线在薄膜中传播时，光线的传播方向与薄膜法线之间的夹角与入射角
光学薄膜
0
2.电子束加热蒸发
电子束蒸发的原理是，当金属在高温状态时， 其内部的一部分电子因获得足够的能量而逸 出表面，这就是所谓热电子发射。
虽然电子枪有许多种结构，但目前广泛使用的是磁 偏转“e”形枪。所谓e形电子枪，是由于电子轨迹 成”e”字形而得名，它又被称为270度磁偏转电子 枪。此外还有180度，225度等形式的电子枪。它是 由钨丝阴极、聚焦极、磁铁和无氧铜水冷坩埚等组 成。如图所示，从阴极发射的热电子经阴极与阳极 间的高压电场加速并聚焦成束，由磁场使之偏转到 达坩埚蒸发源材料表面，轰击并蒸发材料。由于蒸 发源材料与阴极是分开的，并单独处于磁场中，坩 埚与蒸发源材料发射的二次电子立即受到磁场的作 用，再次发生偏转并被收集极吸收，因此到达基片 表面的二次电子数相比以前的直型电子枪大大地减 少了。
目前已有很多不同类型的增透膜可供利用．以满足技术光学 领域的极大部分需要．可是复杂的光学系统和激光光学，对 减反射性能往往有特殊严格的要求．例如．大功率激光系统 要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需 要的反射的破坏．此外，宽带增透膜提高了象质量、色平衡 和作用距离，而使系统的全部性能增强．因此，生产实际的 需要促使了减反射膜的不断发展． 在比较复杂的光学系统中， 入射光的能量往往因多次反射而 损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射 损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影 响成像的质量。为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时 所引起的损失，常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜（常 用氟化镁MgF2，其折射率为1.38，介于玻璃与空气之间）， 利用薄膜的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透 膜。
对激光薄膜来说，减反射膜是激光损伤的 薄弱环节，如何提高它的破坏强度，也是 人们最关心的问题之一。
2.电子束加热蒸发
电子束蒸发的原理是，当金属在高温状态时， 其内部的一部分电子因获得足够的能量而逸 出表面，这就是所谓热电子发射。
虽然电子枪有许多种结构，但目前广泛使用的是磁 偏转“e”形枪。所谓e形电子枪，是由于电子轨迹 成”e”字形而得名，它又被称为270度磁偏转电子 枪。此外还有180度，225度等形式的电子枪。它是 由钨丝阴极、聚焦极、磁铁和无氧铜水冷坩埚等组 成。如图所示，从阴极发射的热电子经阴极与阳极 间的高压电场加速并聚焦成束，由磁场使之偏转到 达坩埚蒸发源材料表面，轰击并蒸发材料。由于蒸 发源材料与阴极是分开的，并单独处于磁场中，坩 埚与蒸发源材料发射的二次电子立即受到磁场的作 用，再次发生偏转并被收集极吸收，因此到达基片 表面的二次电子数相比以前的直型电子枪大大地减 少了。
目前已有很多不同类型的增透膜可供利用．以满足技术光学 领域的极大部分需要．可是复杂的光学系统和激光光学，对 减反射性能往往有特殊严格的要求．例如．大功率激光系统 要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需 要的反射的破坏．此外，宽带增透膜提高了象质量、色平衡 和作用距离，而使系统的全部性能增强．因此，生产实际的 需要促使了减反射膜的不断发展． 在比较复杂的光学系统中， 入射光的能量往往因多次反射而 损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射 损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影 响成像的质量。为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时 所引起的损失，常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜（常 用氟化镁MgF2，其折射率为1.38，介于玻璃与空气之间）， 利用薄膜的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透 膜。
对激光薄膜来说，减反射膜是激光损伤的 薄弱环节，如何提高它的破坏强度，也是 人们最关心的问题之一。
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
光学薄膜基础知识光学薄膜讲解内容：①光学薄膜的理论基础及应用范围和发展前景②光学薄膜基础理论知识③镀膜制备技术④镀膜材料⑤镀膜检测光学薄膜是一门综合性非常强的工程技术科学。
它的理论基础是电磁场理论和麦克斯韦方程，涉及光在传播过程中，通过多层介质时的反射、反射各偏振性能等。
随着科学的进步和人们生活水平的不断提高，促使镀膜技术得到了非速的发展。
在许多情况下，人们关心的是材料的表面，在普通的基底材料上若镀以适当的膜，就可以获得奇迹般的效果。
膜是物质存在的一种形式。
多年来，在膜的理论、制备工艺、测试方法和应用等方面，进行了大量的研究和开发工作，已发展成为一门新兴的边缘科学——膜学。
它涉及物理学、化学、数学等基础学科和材料、等离子体、真空、测量与控制等技术领域。
它是多种学科综合的产物，同时也促进了相关学科和技术的发展。
膜学是材料中最活跃、最富成效、最有前途的一项技术。
镀膜的方法很多，分类方法也各不相同。
按膜层的形成方法分类，可以分为干式镀膜和湿式镀膜。
干式镀膜是指要真空的条件下，应用物理或化学的方法，将材料汽化成原子、分子或使成电离成离子，并通过气相过程，在基体表面沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。
因此也有人称为气相过程或真空镀膜。
在干式镀膜中有以真空镀、溅射镀膜、离子镀为代表的物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
湿式镀膜是指将工件置于电解质溶液中，通过化学、电化学的方法，使其表面形成镀层，所以也有人称溶液法为液相沉积法，它可以分为电镀、化学镀、化学转化膜处理几种。
镀膜技术应用广泛，如太阳能电池、太阳能集热管、集成电路、半导体器件、平板显示器、光控及节能玻璃、信息储存作用器件、敏感元件、工模具超硬涂层及手表、眼镜、卫生洁具等日用品精钸层、塑料制品金属化、包装用塑料薄膜等各个领域，在工业现代化和国民经济发展中的越来越大，在国内外生产、科研、教学领域受到普遍重视，得到了迅猛发展。
光学薄膜基础理论知识光波：紫外光、可见光、红外光。
光学薄膜理论培训
2、电子束蒸发原理
电功率→电子动能→ 膜料热能 在极短时间内膜料温 度上升到几千度!!
2、电子枪结构
3、e形电子枪特点
优点:
1.强磁场使二次电子减少； 2.坩埚水冷,膜污染少； 3.材料蒸汽分子动能高,膜致密； 4.蒸发材料不分馏或分馏小； 5.灯丝藏下面,不易污染,寿命长； 6.有效抑制高压放电。
2、真空系统－真空泵
2、真空系统－真空泵
②罗茨泵
• 不能在大气下工作，当压强＜10+4Pa时才可启动。 • 转速较大可以达到3000转/分。 • 关机时，在关闭罗茨泵后，需要等待30秒，让罗茨泵逐渐停止转动 后，方可关闭机械泵
2、真空系统－真空泵
2、真空系统－真空泵
③扩散泵
结构：冷阱、铝制的各级伞形喷嘴（一般为三级喷嘴）和蒸气导管是扩散
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1、真空
（3）、分类
分类 粗真空 特性 低真空 102~101
高真空
超高真空
真空度范围 （Pa）
气流特点
＞103
10-1~10-6
＜10-6
气体分子之间 有大量碰撞
过渡区域
气体分子之 间较少碰撞
气体分子之间 间几乎不碰撞
真空在薄膜制备中的作用
（1）减少蒸气分子与残余气体分子的碰撞； （2）抑制残余气体和蒸发分子之间的反应；
首先它应该是薄的 基于光的干涉效应（比如光圈——牛顿环，也是基于光的 干涉效应）
3、光学薄膜的类型与符号
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
6
4、光学薄膜在光学系统中的作用
提高光学效率、减少杂光。如减反射膜（AR）、高反射 膜（HR） 实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分 光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。 通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带通 滤光片、长波通、短波通滤光片。 实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、憎水膜、透明 超硬膜等
第1章-光学薄膜基础知识
公元前468~376年
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第1章 薄膜光学基础知识
国外：
《光学》——欧几里德
——比《墨经》 迟100年
平面镜成像 反射角=入射角
毕达哥拉斯、德漠克利特、柏拉图、 亚里士多德
十七世纪以前——罗马帝国的灭 亡——黑暗时代
培根——暗示过望远镜的可能性。
Euclid，公元 前330~275年
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第1章 薄膜光学基础知识
有大气，看到太阳更早
没有大气，将迟一些看到太阳
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海 市 蜃 楼
第1章 薄膜光学基础知识
光经过不均匀的大气时发生折射，
形成的虚像。
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海市蜃楼
第1章 薄膜光学基础知识
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第1章 薄膜光学基础知识
新概念、新材料、新设计、新方法、新应用
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第1章 薄膜光学基础知识
2、什么是薄膜光学？
➢ 薄膜可分成两大部分，第一部分是光学薄膜，第 二部分是光学波导及其相应器件；
➢ 前者的特点是光横穿过薄膜而进行传播；后者的 特征是光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播，
➢ 对于光学薄膜，在一块基片上淀积五、六十层膜 并非罕见，涂镀工艺是比较成熟的；
T＝(0.97)7＝80.7%．
未镀膜： T=(0.92)7=55.7%
➢ 这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25％的透射能量
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第1章 薄膜光学基础知识
➢ 20世纪中期：主要是在薄膜设备的改进与镀膜产 品种类以及质量的提高得到了发展，形成了典型 的减反射、高反射、滤光片等光学薄膜器件；
光学薄膜基础理论-2-2012
菲涅尔公式
z 0时应用边界条件：E1 E1 E0 E0 ；H1 H0 H0
N0 N1 可以得到：E0 E0 N0 N1
N 0 N 1 N 0 N 1 R N N N N 1 0 1 0
积分表达式
D 0
d L H dl I dt D dS D dS Q
S
B L E dl S t dS
S
B dS 0
以上是麦克斯韦在电学高斯定律、磁学高斯定律、法拉第 电磁感应定律、安培定律总结归纳出来的
E0 N0 N1 r E0 N0 N1
R可以是正数、也 可以是负数（180 度为相越变）
2
N 0 N1 对于N 0为实数则R N 0 N1
菲涅尔公式
对于倾斜入射：引进一个修正光纳η
仿照光学导纳定义， 的定义为： H tan k Etan ; H tan k Etan
二. 麦克斯韦方程边界条件 物质方程
n ( E2 E1 ) 0 n ( H 2 H1 ) n ( D2 D1 ) n ( B2 B1 ) 0
D E B H j E
麦克斯韦方程组
E——电场强度
D——电位移矢量 H——磁场强度 B——磁感应强度 μ——磁导率
)]
距离： 使E0降为1 / e, 趋肤效应 2 k
nx : 称为光学厚度
c2 4 2 N i 2 v
c N n ik v
n称为折射率；k称为消光系数 N称为复折射率；光学导纳
薄膜光学技术-1
求解依据：
E、H、k0 之间的右旋法则
电磁场的边界条件 在两种介质的分界面上没有面电荷和面电流的情 况下，电磁场量H和E的切向分量是连续的。
第15页
垂直入射
H i0 E
i 0 r E0
由切向分量连续：
i r E0 E0 E1t
k0
H
t E1
(1)
N0 N1
k0
t H1
r 0
i r H0 H0 H 1t
2N H=H 0 exp i t k 0 r
B E t
B H
H E iH t 2N k0 E E i
第11页
N 0 0 N k0 E k0 E H c r
第4页
直接利用平行平板的分振幅多光束反射，只能 计算只有两个界面的平板介质的反射和透射光强 分布。 多界面光学性能的计算：
借助电磁场 的边界条件
光学导纳
建立入射电磁场和出 射电磁场直接的关系 利用菲涅尔反射系数 和透射系数公式 建立多界面的反射系 数和透射系数
第5页
第一节 电磁波及其传播
各向同性介质：
r H0
r t H i0 cos0 H 0 cos0 H1 cos1
r t N 0 E i0cos0 N 0 E 0 cos0 N1E1 cos1
H
t 1
E E E
i 0 r 0
t 1
E N 0 cos0 - N1cos1 rs E N 0 cos0 N1cos1
s p
其中，计算 r和 t s时，公式中的 应代入 s ； s p 。 计算 rp 和 t p时，公式中的 应代入 显然,引入修正导纳的好处是菲涅耳公式的形式简化易记了。
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第1章 薄膜光学基础知识
光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在 光的入射及反射方向产生光的干涉现象。
r
n,d
r
厚度为波长量级
能够产生干涉作用
t
t
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薄膜光学的研究对象
第1章 分支
➢它研究的对象是膜层对光的反射、透射、 吸收以及位相特性、偏振效应等；
➢ 1891年丹尼斯.泰勒（Dennis Taylor）在它的文章 中写到，在使用几年后的普通物镜的火石玻璃透 镜上“失泽”现象是十分明显的。我们很高兴的 是，能够使这种火石玻璃的拥有者放心，通常用 怀疑眼光看待的这层使玻璃“失泽”的薄膜，却 正是观测者的“挚友”，因为它增加了物镜的透 射率。
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第1章 薄膜光学基础知识
➢ 干涉现象是薄膜光学的起源 ➢ 1801年托马斯. 杨干涉实验是其理论基础 ➢ 夫琅和费在1827年制成了第一批减反射膜 ➢ 1873年，麦克斯韦的巨著《论光和磁》，进一
步奠定了薄膜光学的理论基础
➢ 1930年油扩散泵的出现促进了光学薄膜的发展 ➢ 各种制备技术是光学薄膜发展的保障
精品
第1章-光学薄膜基础知识
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第1章 薄膜光学基础知识
光学薄膜器件
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第1章 薄膜光学基础知识
1、光学薄膜的发展历史
人类最早发现的五光十色的肥皂泡； 水面上彩色斑烂的油膜； 两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环； 所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的 注意，他们各自部提出了一些初步解释，但均不令人满意 ； 1801年托马斯 ．杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步 发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基 础才从此建立起来．今天我们可以说，整部薄膜光学的物理 依据就是光的干涉。
T＝(0.97)7＝80.7%．
未镀膜： T=(0.92)7=55.7%
➢ 这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25％的透射能量
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第1章 薄膜光学基础知识
➢ 20世纪中期：主要是在薄膜设备的改进与镀膜产 品种类以及质量的提高得到了发展，形成了典型 的减反射、高反射、滤光片等光学薄膜器件；
第1章 薄膜光学基础知识
➢ 事实上，泰勒发展了一种用化学侵蚀产生“失泽” 而制作化学减反膜的方法。
➢ 目前制备光学应用的薄膜的主要方法是真空蒸发 法和溅射法，后者在十九世纪中叶就发现了，而 前者可追朔到二十世纪初。
➢ 但在1930年以前，它们不能作为实用的镀膜方法， 因为没有获得高真空的真正适用的抽气机，直到 1930年出现了油扩散泵—机械泵抽气系统以后， 制造实用的真空镀膜机才成为可能。
➢ 20世纪末－21世纪初光电子技术得到了飞速发展， 光学薄膜器件向性能要求和技术难度更高、应用 范围和知识领域更广、器件种类和需求数量更多 的方向迅速发展；
➢ 随着数码相机、数码摄像机、背投电视以及光纤 通信的发展，光学薄膜产品需求数量巨大，特对 是对偏振分束膜、消偏振分束膜、超窄带滤光片、 超宽带截止滤光片等复杂膜系的要求越来越高；
几乎所有的光学系统、光电系统和光电仪器都离不 开光学薄膜的应用，而且到目前为止，也没有发现 有别的技术可以取代光学薄膜；
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第1章 薄膜光学基础知识
薄膜光学发展的三大推动力
➢20世纪60年代的发明的激光器
➢20世纪末光通信波分复用技术(DWDM滤光片）
➢今天，新型微结构功能薄膜的出现给光学 与光电子薄膜技术注入新的生命力
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第1章 薄膜光学基础知识
➢ 夫琅和费早在1827年制成了可以说是第一批减反射膜，他 将经过精细地抛光的平面玻璃一半放在浓硫酸或浓硝酸中 腐蚀。将玻璃上的酸液清洗干净之后发现，经酸腐蚀的表 面所反射的光强远低于另一半表面的反射光强，即酸经过 的那部分玻璃表面失掉了某种成分，形成薄薄一层折射率 比玻璃基底折射率低的失泽层，不过玻璃还未遭刻蚀；
新概念、新材料、新设计、新方法、新应用
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第1章 薄膜光学基础知识
2、什么是薄膜光学？
➢ 薄膜可分成两大部分，第一部分是光学薄膜，第 二部分是光学波导及其相应器件；
➢ 前者的特点是光横穿过薄膜而进行传播；后者的 特征是光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播，
➢ 对于光学薄膜，在一块基片上淀积五、六十层膜 并非罕见，涂镀工艺是比较成熟的；
➢ 而对光学波导，则膜层层数一般不多，通常仅用 一层膜，其镀制工艺仍处在发展初期。
➢ 本课程讲的是第一种情况。
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第1章 薄膜光学基础知识
Optical thin films：通常意义的光学薄膜；
Optical coatings:一般来讲薄膜敷于光学玻璃、塑
料、晶体等基底上；
OOpptticicalallalyaeyresr:s光:光学学薄薄膜膜的的一一个个特特点点是是分分层层结结构构；；
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第1章 薄膜光学基础知识
➢ 三十年代中期德国的鲍尔和美国的斯特朗先后用真空蒸发 方法制备了单层减反射膜，这种简单的减反射膜至今在一 般的光学装置上还被大量地应用。
折射率为1.52的玻璃敷有折射率为1.38的氟化镁薄膜 后，单面的反射损失可从4.2%减少到1.5%左右，例如7块 平板系统镀膜后，在参考波长上总的透射率可近似地估计 为：
➢简而言之，它主要研究光在分层媒质中的 传播规律性。
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薄膜光学的实质
第1章 薄膜光学基础知识
光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、 透射光在光的入射及反射方向产生光的干涉现象;
➢ “因为其适时光仍和另一半表面一样(实际上更高)，以致 在透射光中仔细检查也不能找出它们的分界线来，”经过
硫酸或硝酸的这种处理之后，有些牌号的玻璃表面呈现美
丽鲜艳的色彩；使光沿各种不同的角度入射，则色彩婉如 肥皂泡一样变幻无穷。
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第1章 薄膜光学基础知识
➢ 1886年瑞利在英国皇家协会报告说：“失泽”的 冕玻璃平板，其反射比刚抛光更低原因是玻璃形 成了薄薄的一层膜。