光学薄膜技术与计算基础
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。
薄膜光学技术-1第一章 薄膜光学特性计算基础
Hi N(k0Ei) HrN(k0Er)
N0 (k0 E0i ) N0 (k0 E0r ) N1(k0 E1t )
N0E0i N0E0r N1E1t
(2)
(1)×N1-(2)得振幅反射系数:
r
E0r E0i
N0 N1 , N0 N1
(1)×N0+(2)得振幅透射系数:
t
E1t E0i
第23页
第三节 单层薄膜的反射和透射
1、等效界面
➢ 入射介质与薄膜和基底组合形成的等效介质之间的界面。
2、等效导纳
➢ 等效界面下等效介质的光学导纳
YH
➢ 等效导纳等于其所等效膜堆的组合导纳。 E
3、等效反射系数
➢等效界面的反射系数
➢ 等效界面的反射系数和反射率等于其所等效膜堆的反射系数
和反射率
r 0 Y 0 Y
1 At
(s)
p 400112
T R A 1
其中，A是能量吸收率。 对于无吸收的全介质薄膜系统
T+R=1。
1
R 2 Rs RT 1
Rp ,
1
T 2 Ts Tp
Rs Rp 1
Ts Tp 1
第21页
垂直入射
倾斜入射
R
N0 N1
T
N0
θ0
N1 a
b
θ1
r N0 N1 N0 N1
r 0 1 0 1
H0 tan= H1 tan ,
E0itan + E0rtan = E1t tan H0itan + H0rtan = H1t tan
0 1
第14页
第二节 单一界面的反射和透射
1、Fresnell’s formulae and modified admittance 振幅反射系数（菲涅耳反射系数）： rEr Ei 振幅透射系数（菲涅耳透射系数）： t Et Ei
薄膜光学
N0 N1 cos cos 0 1 当 分 子 为 零 反 射 为 零这 ，一 入 射 角 称 为 布 儒特 斯角 N0 N1 又根据折射定律 N 0 sin 0 N1 sin 1 cos 0 cos1 N1 得 到t an 0 ; 0 布 儒 斯 特 角 N0
对于任何闭合的假想面（叫高斯面），通过假 想面的电场通量与该面所包围的净电荷之间的 关系：
0 E d S q
薄 膜 光 学——基础理论
磁学的高斯定律
对于任何闭合的假想面（叫高斯面），通过假 想面的磁场通量为0：
B d S 0
薄 膜 光 学——基础理论 法拉第电磁感应定律
r H
由麦克斯韦方程： 4 1 D 4 i j E E c c t c c 4 H i N2E E i c c H
薄 膜 光 学——基础理论
平面电磁波理论——E和H的关系
比较可得 ( 1)： N E r H； 同 理 E可 得 ： H N r E ；这说明 r、 E、 H三 个 量 相 互 垂 直 电磁波是横波 E ， 、 H不 但 垂 直 ， 而 且 数 值 还 间有
薄 膜 光 学——基础理论
平面电磁波理论
整理后可得： E
2
2 E
c
2
4 E 2 1 2 t c t
设它的解： E E0e
2
i t x
v
2 带入（1）中
c 4 整理得到：2 i v
薄 膜 光 学——基础理论
薄 膜 光 学——基础理论
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 D =ε E B =μ H
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。
薄膜光学技术-2-1第2章 光学薄膜膜系设计及其应用
很难实现零反
射。
b. V形减反射效
果，只能在某
个孤立波长点
实现最小反射，
0 50n0m,设计波长，中心 参波 考长 波， 长 色中性差；
8
2.1.2 双层减反射膜
目的: 克服单层膜存在的两个问题.
1. 双层 0 4 膜堆
分析:
由单层0
4 增透膜的反射率计算公式
R n 0 Y 2n 0 Y 2
20
C 替代层技术 等效定律
任意一个周期性对称膜系都存在一个 单层膜与之等效。
等效折射率就是基本周期的等效折射 率；等效相位厚度等于基本周期的等 效相位厚度的周期数倍。
T 0 1 1 R 1R 1 2R 2,
4 R F 1 R 2,R R 1 R 2
n2=2.05
n3=1.71 ns=1.52
R1 R2
1 2 2 2 n 2 d 2 1 2 2 2 4 0 1 2 2 2 0
R1min
2.051.382 2.051.382
G/2HL/A
缺点： 明显的反 射峰（中 心波长）
13
2.1.3 多层减反射薄膜的设计
目的：实现更宽波段更低的剩余反射率。
多层膜的基础是三
层增透膜堆
。
更多层GM 的2增H透L膜A堆大多
是以此三层增透膜堆为
雏形改良发展而成。
GM2HLA
母膜系
14
n0=1
n1=1.38
T T 01 F si2 n
层膜都低。
18
2. GM2HLA的调优方法
——各层膜参数对膜系总体性能的影响规律: a. 改变(N2 d2)，可使T移到不同的波长； b. 改变N1 、 N3 、 d1 、 d3 、中任何一个，可 改变减反射带宽（波段宽度）和T-λ曲线波形。
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
光学薄膜特性计算
光学厚度
03
光学厚度是指薄膜的光学性质与其物理厚度的乘积，对于控制
薄膜的光学性能至关重要。
反射系数与透射系数
反射系数
反射系数描述了光在薄膜表面反 射的比例，是薄膜表面反射能力 的重要参数。
透射系数
透射系数描述了光透过薄膜的能 力，是评估薄膜透明度的重要指 标。
偏振特性
偏振方向
偏振方向描述了光的电场矢量在平面 上的取向，对薄膜的偏振光学性能有 重要影响。
有限元法
总结词
有限元法是一种将连续的求解域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元组合体，通 过求解每个单元的近似解来逼近整个求解域的解的方法。
详细描述
有限元法在光学薄膜特性计算中，将薄膜的每一层视为一个有限元，通过建立每个有限元的数学模型 ，可以求解出整个薄膜系统的光学特性。该方法适用于各种形状和材料的光学薄膜，具有较高的灵活 性和适应性。
ZEMAX
适用范围
ZEMAX是一款全面的光学设计软件，适用于计算光学薄膜特性、光学系统设计和优化、 光束质量分析和测量等。
特点
ZEMAX具有强大的光学性能分析功能，支持多种材料和结构，可以进行光学系统性能评 估和优化，具有灵活的用户界面和强大的数据处理功能。
应用领域
ZEMAX在光学仪器设计、光电器件设计、光通信系统设计等领域得到广泛应用。
02
设计偏振膜时，需要考虑膜层的折射率、厚度和偏振方向等因
素。
计算偏振膜的偏振度、透过率和消光比等特性时，需要使用光
03
学薄膜软件进行模拟和分析。
多层膜系的设计与计算
01
多层膜系由多层不同材料和厚度的薄膜组成，可以 用于实现多种光学特性。
02
光学薄膜基础知识PPT教案
波动光学的建立
1845年，法拉第——光的振 动面在强磁场中的旋转
1856年，韦伯——电荷的电 磁单位和静电单位的比值= 光在真空中的速度
第36页/共120页
将光与电磁现象联系起来 37/120
1865年，麦克斯韦——光的电磁理论——麦克斯韦方程组
D
B 0
H
jc
D t
E B t
5/120
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。
真空中：
2B 1 2B 0 c2 t 2
2E 1 2E 0 c2 t 2
麦克斯韦
c 1 299792458 米／秒 0 0
1832年,法拉第猜想: 电磁作用可能以波
1887年，赫兹发现了电磁波
——电磁光学建立
的形式传播，而且 光可能就是一种电
磁波动
第37页/共120页
38/120
量子论和相对论的建立
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。
第10页/共120页
11/120
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
光学薄膜的设计与制备技术
光学薄膜的设计与制备技术光学薄膜是一种特殊的薄膜材料，其制备和设计涉及到一系列的技术和工艺。
光学薄膜的设计和制备技术的发展，对于光学器件的性能和应用具有重要的影响。
本文将依次介绍光学薄膜的设计理论、制备工艺和相关应用。
1. 光学薄膜的设计理论光学薄膜的设计是指根据特定的光学参数和要求，通过计算和优化，确定薄膜的结构和材料组成。
其中涉及到的关键参数包括薄膜的透射率、反射率、频率选择性等。
在设计过程中，需要考虑光学薄膜所使用的波长范围、入射角度、基底材料等因素。
为了达到设计目标，常用的方法包括等效路程法、逆拟合法和光学薄膜层析理论等。
等效路程法主要通过调整不同材料层的厚度，使得反射光的光程差为整数倍波长，从而达到干涉增强或干涉消除的效果。
逆拟合法则是根据已知的光学参数，逆向推导出实现这些参数的层序列。
而光学薄膜层析理论则是通过数值模拟和优化算法，计算出满足特定要求的层厚度和材料组成。
2. 光学薄膜的制备工艺光学薄膜的制备工艺是指通过物理气相沉积、化学气相沉积或溅射等方法，在基底上制备出具有特定结构和性能的薄膜。
常用的制备方法包括真空蒸镀、离子束溅射和激光沉积等。
真空蒸镀是光学薄膜制备中最常见的方法之一。
它通过将材料加热至一定温度，使其蒸发并沉积在基底上形成薄膜。
离子束溅射则是通过用高能离子轰击材料，使其离解并沉积在基底上。
激光沉积则是利用激光的热效应和化学反应，将材料以原子团簇的形式沉积在基底上。
在制备过程中，需要严格控制沉积参数，如沉积速率、基底温度和气氛等。
同时，也需要考虑薄膜的致密性、平整度和附着性等性能指标。
此外，还需要对制备过程进行监测和控制，以确保薄膜的质量和性能。
3. 光学薄膜的相关应用光学薄膜广泛应用于激光器、光学滤波器、反射镜、透镜等光学器件中。
其中，激光器中的光学薄膜用于增强激光器的输出能量和光束质量；光学滤波器则通过设计合适的薄膜结构，实现对特定波长的光的选择性透过或反射；反射镜和透镜中的光学薄膜可改变入射光的反射或透射性能，实现对光学器件性能的优化。
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
光学薄膜特性计算
分析反射光谱的形状、峰值和谷值，可以了解薄膜的 反射特性。
反射损失
反射损失是指光在薄膜表面反射时损失的能量，可以 通过计算反射光谱的积分面积得到。
薄膜的透射特性计算
透射系数计算
01
通过计算薄膜的透射光谱，可以确定薄膜对不同波长光的透射
能力。
透射光谱分析
02
分析透射光谱的形状、峰值和谷值，可以了解薄膜的透射特性。
薄膜的散射特性计算
散射系数计算
通过计算薄膜的散射光谱，可以确定薄膜对不同波长光的散射能 力。
散射光谱分析
分析散射光谱的形状、峰值和谷值，可以了解薄膜的散射特性。
散射损失
散射损失是指光在薄膜表面或内部传播时被散射的能量，可以通 过计算散射光谱的积分面积得到。
03 光学薄膜特性计算软件与 工具
ZEMAX软件
计算能力提升
高性能计算能够提供更高的计算能力和更快的运 算速度，有助于提高光学薄膜特性计算的精度和 效率。
算法优化
高性能计算的发展也推动了光学薄膜特性计算算 法的优化和改进，进一步提高了计算的准确性和 可靠性。
光学薄膜特性计算的未来挑战与展望
01
未来挑战
光学薄膜特性计算面临着诸多挑战，如提高计算精度、扩展适用范围、
获取精确的光学薄膜特性计算结果。
Code V软件
总结词
Code V性。
VS
详细描述
Code V提供了全面的光学设计和分析工 具，包括反射率、透射率、偏振特性和光 谱分析等。它支持多种光学材料和薄膜堆 栈设计，能够模拟光的传播、反射、折射 和干涉等过程。Code V还提供了强大的 优化工具，可以帮助用户优化光学系统性 能。此外，Code V还支持与其他CAD软 件的集成，方便用户进行光学系统设计和 分析。
薄膜原理与技术_02 光学薄膜普遍定理
0
in1
i n1
0
0 in2
i n2 0
n2 n1
0
0
n1 n2
以这双层膜为基本周期的多层膜，其特征矩阵
M
s
(M1M 2 )s
(
n2 n1
0
)s
0
(
n1 n2
)s
应用：
1、 p q p 结构 ① 改变p与q的相对厚度，改变E的大小可以获得折射率从np到nq之 间任意
折射率的等效膜层；“变折射率膜层”
② 对于通带附近等效的折射率具有较大的色散。改变E的位置“偏周期设计 法”
很容易证明，这个结果能够推广到由任意多 层膜组成的对称膜系。首先划定多层膜的中 心三层，它们独自形成一个对称组合，这样 便可以用一个单层膜来代换。然后这个等效 层连同两侧的两层膜，又被取作第二个对称 三层组合，依然用一个单层膜来代换。重复 这个过程直到所有膜层被替换，于是最终又 形成一个等效单层膜。
2
2 2 22 22 2 2 2
2、L H L H L H L E， Γ E’，Γ’ E”，Γ”
当对称膜系中各分层的厚度很小时(例如不 超过10nm)，等效折射率E几乎是一常数，它介 于Np和Nq之间，取决于分层厚度的比值，同时 位相厚度和对称膜系实际的总的位相厚度成比例， 在大多数情况下其比例常数接近于1。 因此这种 基本周期的厚度很小的周期性对称膜系非常类似 于色散很小的单层均匀薄膜，可以用来替换那些 折射率无法实现的膜层， 它在减反膜的设计中， 得到了实际应用。
光学研究中的薄膜技术
光学研究中的薄膜技术光学研究是物理学中非常重要的领域，需要用到各种设备和技术来观察和探索光的性质。
其中薄膜技术是一项广泛应用于光学领域中的技术，它主要是利用化学和物理方法来在表面上形成一层或几层不同材料组成的薄膜。
这些薄膜可以制备出具有一定光学性质的材料，在光学仪器的设计和制造中发挥重要作用。
简介薄膜技术是一种制备材料表面的方法，其最初的应用是在金属制备中，主要是为了提高金属的质量和硬度。
但是随着对光学性质的研究，人们发现利用薄膜技术制作的材料可以在光学领域中得到广泛应用。
在薄膜技术的制备过程中，主要是通过物理气相沉积和化学气相沉积技术，利用材料蒸发和离子的反应，形成一层或多层材料，这些材料具有不同的化学和物理性质，影响了薄膜的光学性质。
薄膜技术在光学领域的应用基本光学元件的制备在光学领域中，基本的光学元件如反射镜、透镜、偏振器等都是使用薄膜技术制备的。
反射镜是利用金属或半导体的高反射性能制造的，其中电子束极化蒸发和分子束外延生长技术都是最常用的制备方法。
而透镜则是利用薄膜的球面形变或椭圆形变来制造的，具有光学扩展性和焦点调节功能。
偏振器是利用非晶态材料或液晶材料制造的，其主要应用于光通信和显示技术领域。
光电子技术中的应用在光电技术领域中，薄膜技术的重要性也得到了充分的体现。
例如有机可调节量子阱薄膜具有电致变色、半导体激光薄膜、磁光传感薄膜等，这些应用都得到了薄膜技术的帮助。
薄膜技术在制造仪器中的应用除此之外，薄膜技术还可以应用于光学仪器的制造中。
例如光学仪器中的光路板、激光反射镜等都需要利用薄膜技术制造。
而且，比起常规材料，薄膜材料具有更灵活的设计性和更高的表面光洁度，使得光学仪器的精度和分辨率得到了更大的提高。
结论作为光学领域中的一项核心技术，薄膜技术在光学研究和产业应用中具有不可替代的地位。
通过利用化学和物理方法制成的具有各种特殊性质的材料，科研人员和光学制造商们可以开发出更加复杂和精密的技术设备，进一步推动光学技术的发展。
光学薄膜完整版
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1. 光束斜入射到膜堆时，S －偏振光的反射率总是比p －偏振光的反射率高（正确）2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误）6. 在斜入射情况下，带通滤光片S －偏振光的带宽比p －偏振光的带宽为大（正确）7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al ：0.64-i 5.50，Ag ：0.050-i 2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章 薄膜光学特性计算基础1、 干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、 产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、 薄膜干涉原理 ：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、 光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、 麦克斯韦方程组：(1) -(2) (3)0(4)D H j tB E tD ρB ∂∇⨯=+∂∂∇⨯=∂∇∙=∇∙= 6、 物质方程：D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩7、 光学导纳：00r H N Y K E εμμ==⨯ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
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。
光学薄膜完整版全解
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试120分钟考试时间:17周周三下午3:00—5:00 （12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分，计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1.光束斜入射到膜堆时，s—偏振光的反射率总是比p—偏振光的反射率高（正确）2.对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3.对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4.膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5.简单周期性多层膜，在其透射带内R«1 （错误）6.在斜入射情况下，带通滤光片S—偏振光的带宽比p—偏振光的带宽为大（正确）7.在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）& 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9.斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（AI： 0.64-/5.50, Ag： 0.050-/2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10.高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章薄膜光学特性计算基础1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、麦克斯韦方程组：Vx//= / + —(1) dtVxE = -^y(2)V»D = p(3)▽• 3 = 0(4)6、物质方程:D = sE \B = pH7、 光学导纳：y =也瓦\KxE\ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
9、 特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数cos q — sin §z?/1 sin q cos ®11、 虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是几/2或其整数倍时，该层存在对于中心波长 处的透过率/反射率无影响，因此称为虚设层。
光学薄膜完整版全解
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1. 光束斜入射到膜堆时，S －偏振光的反射率总是比p －偏振光的反射率高（正确）2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误）6. 在斜入射情况下，带通滤光片S －偏振光的带宽比p －偏振光的带宽为大（正确）7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al ：0.64-i 5.50，Ag ：0.050-i 2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章 薄膜光学特性计算基础1、 干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、 产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、 薄膜干涉原理 ：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、 光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、 麦克斯韦方程组：(1) -(2) (3)0(4)D H j tB E tD ρB ∂∇⨯=+∂∂∇⨯=∂∇•=∇•= 6、 物质方程：D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩7、 光学导纳：00r H N Y K E εμ==⨯8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
显微学中的光学薄膜技术
显微学中的光学薄膜技术在现代工业、科学和医学研究中，显微学是一项重要的技术。
显微学可以让我们观察和研究由于尺寸太小而肉眼无法观测的事物，如细胞、细菌和化合物等。
然而，显微学的技术并不止于此，其中一个基础性的技术就是光学薄膜技术。
这种技术在显微学中广泛应用，在许多不同领域的研究和实验室应用中，光学薄膜技术都是至关重要的。
什么是光学薄膜？先来介绍一下什么是光学薄膜。
光学薄膜是一种厚度在“几纳米到几百纳米”范围内的表面薄膜，它具有特殊的光学性质和电学性质。
当光从一种介质（如空气）照射到另一种介质（如金属），由于两种介质密度不同，光线会产生反射和折射的现象。
通过控制不同材料的厚度和层数，光学薄膜可以被制作出来，从而产生所期望的光学性质和电学性质。
光学薄膜技术在显微学中的应用光学薄膜技术在显微学中的应用广泛，可以说是不可或缺的。
在相位对比显微镜中，光学薄膜被用于抵消样本与不透明基质之间的光学差异，从而提高图像质量和清晰度。
在荧光显微镜中，荧光分子被用来染色标记，以突出显示细胞和组织中的细节结构。
通过将荧光分子吸附到光学薄膜上，可以增强荧光信号并提高探测灵敏度。
此外，光学薄膜技术还被用于制作显微镜的组件。
在透射电子显微镜中，聚焦透镜和电子透镜都是通过制作光学薄膜而制成的。
这种技术还被用于制造反射防护镜，用于保护眼睛不受激光或其他高能光源的损伤。
光学薄膜的制备方式光学薄膜的制备方式主要包括物理蒸发、磁控溅射和化学气相沉积等方法。
这些制备方法在不同的应用环境下有着不同的优缺点。
物理蒸发是一种简单的方法，适用于制造非常薄的金属薄膜。
然而，其缺点是容易产生污染和缺口，这会影响薄膜的质量和性能。
磁控溅射是一种高性能的方法，可以制造非常均匀和纯净的薄膜。
这种方法可以制造出多层和复合薄膜，适用于制造一些对光学性能有精准要求的元件。
然而，磁控溅射设备和研发成本都比较高，同时也需要非常高的真空度，这增加了成本和操作难度。
化学气相沉积是一种成本相对较低的方法，可以制造均匀和纯净的薄膜。
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考试方式
考试 平时分：30% 卷面分：70%
3. 光学薄膜的发展史
1、五光十色的肥皂泡、水面上色彩斑斓的油膜、两玻璃片 间色彩鲜明的光环；
2、早在17世纪，这些现象就引起了许多自然科学家的注意， 他们各自提出了一些初步解释，但均不令人满意；
3、1801年托马斯.杨干涉实验结果及菲涅尔对此进一步发 扬光大，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基础从 此建立起来。
绪论
什么是光学薄膜？ 什么是光学薄膜技术？ 光学薄膜的发展史？ 光学薄膜的种类？ 光学薄膜应用？
1.什么是光学薄膜
常见薄膜
肥皂泡、水面上的油膜 镀膜镜片 滤光片、反射镜
光学薄膜： 简而言之，指控制光束行为的薄膜。
泛指在光学器件或光电子元器件表面各类膜系。 介质膜系的作用：改变薄膜光学特性
（增透、反射、分光、分色、带通或截止等）
改变方法：利用物理化学等方法沉积的、利用光的干涉
2.什么是光学薄膜技术
光学薄膜技术是光学技术的一个重要分支，包括 (1)薄膜光学:研究光在分层媒质中的传播规律. (2)薄膜制备技术:研究光学薄膜的各种制备技术。
注意:薄膜光学分为两种
光学薄膜:光横穿过薄膜而进行传播 光学波导:光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播
薄膜光学的物理依据就是光的干涉。 4、1827年，夫琅和费将抛光的平面玻璃一半放在浓硫酸或
浓硝酸中腐蚀、清洗干净后发现，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。
5、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。
6、1891年丹尼斯.泰勒报到，在使用几年后的普通物镜的火 石玻璃透镜上“失泽”现象十分明显。
减反射膜 Antireflection coatings 高反射膜 High-reflectance coatings 中性分束膜 Neutral beam splitters 截止滤光片 Edge filters 带通滤光片 Band-pass filters 偏振分光膜 Polarizing beam splitters 相位膜 Phase coatings
几个条件
工作波段：光学波段
物理机理：光的干涉
薄膜厚度与考虑的波长在一个数量级
薄膜的面积与波长相比可认为无限大
薄膜材料各向均匀、同性 薄膜材料为非铁磁性材料
研究对象：光学薄 膜而非光学波导
光穿过膜层而非沿着膜层在膜层内传播
第1.1节 电磁波及其传播
1. 电磁波定义：
变化的电场和变化的磁场不断地相互转化，并由近及远 的传播形成电磁波。
B:与镀膜技术密切相关的产业
镀膜眼镜、幕墙玻璃、滤光片,车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片,光通信领 域：
DWDM、光纤薄膜器件，红外膜，投影显示等。
第1章 光学薄膜特性理论计算
第1.1节 电磁波及其传播 第1.2节 单一界面的反射和透射率 第1.3节 单层介质薄膜的反射和透射 第1.4节 多层介质薄膜的特性计算 第1.5节 金属薄膜的光学特性
5.光学薄膜的应用
A:光学薄膜在光学系统中的作用：
(1)提高光学效率、减少杂散光。如高效减反射薄膜、高反射薄膜。 (2)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。 (3)通过波长的选择性透过，提高系统的信噪比。如窄带或带通滤光片、 长波通、短波通滤光片。 (4)实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等。
➢了解薄膜制备方法及相关工艺，了解常用光学薄膜的性能 指 标及相关检测方法；
对有志从事薄膜领域工作的同学起到一定的作用； 对从事其他学科研究、应用的同学起到了解光学薄膜、应用 光学薄膜、用好光学薄膜的作用。
课程特点
人类生活在周围充满光的世界里，光是一种无时无刻都 会遇到的自然现象。更重要的是：光是信息的重要载体， “有光就有膜 ”，薄膜光学是现代光学必不可少的基础技
光学薄膜技术和计算的基础 Optical thin films and Technology
主要内容
绪论 第一章：光学薄膜特性的理
论基础 第二章：光学薄膜系统的设
计（介质膜系及其应用） 第三章: 光学薄膜制备技术 第四章：光学薄膜制备工艺 第五章: 薄膜材料及其性质 第六章：光学薄膜特性测试
膜
技
术
薄膜制造技术 薄膜制造工艺 薄膜材料及其性质
薄膜特性测试
光学特性计算：导纳矩阵
减反射膜 高反射膜 截止滤光片 带通滤光片 偏振分束膜 消偏振膜 真空技术、薄膜沉积技术
工艺参数、实验设计、厚度监控 微观结构、常用材料 光学特性测试 非光学特性测试
课程目的
➢了解光学薄膜的基础理论及典型膜系，掌握简单的膜系设计 方法；
术，它是物理光学的一个重要分支。——专项技术。
另一方面，由于光学薄膜的制备过程与真空技术、表面 物理、材料科学、等离子体技术等密切相关，所以光学薄
膜也可以称得上是一门——综合学科；
薄膜光学技术随着现代科学技术的发展而迅速发展， 特别是计算机技术给薄膜理论分析带来了巨大的方便。
主要参考书籍
1.唐晋发，顾培夫，刘旭，等，现代光学薄膜技术，浙江大学 出版社, 2006
7、1930年出现了油扩散—机械泵抽气系统，可以获得高真 空，实用的真空镀膜机才成为可能。
目前制备光学薄膜的主要方法是：真空蒸发法（20世纪初） 和溅射法（19世纪中期）
8、30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；
4.光学薄膜种类:
根据薄膜对光束控制类 型分类。
研究范畴及内容
主要论述层状介质的光 学特性。薄膜是一薄的 层状介质，是构成现代 各种光电器件的基础。 在薄膜层中，光波传输、 电子效应都与其在块状 材料中的行为不同。本 课程主要讲述波在层状 介质中的传播规律、膜 系设计以及薄膜的制备、 检测技术等。
本课程的内容构架
薄膜设计基本理论
光学Βιβλιοθήκη 薄光学薄膜基本种类