光学薄膜技术与计算基础

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。
➢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
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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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
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）
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
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
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；
2. 卢进军，刘卫国 编著，光学薄膜技术, 西安工业大学出版社 3. 唐晋发,郑权，应用薄膜光学，科学技术出版社，1986 4. 唐晋发，顾培夫，薄膜光学与技术，机械工业出版社,1989 5. 林永昌，卢维强，光学薄膜原理，国防工业出版社 ,1990
考试方式
考试 平时分：30% 卷面分：70%
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
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。
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。
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
薄
光学薄膜基本种类