光学薄膜膜系设计2-1
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nd cos / 4 当 0 时， nd 125 （纳米） n n0 n2 1 1 . 52 1 . 2329
单层减反射膜 G/L/A 1.52/1.38/1
缺点：1、 剩余反射率还太高； 2、破坏色平衡
1.2 双层减反射薄膜的设计
1 1.38 1.7 1.52
1.38
Y
1 .7
2
1 . 9013
1 . 52
0
4
0
4
膜堆
1.2 双层减反射薄膜的设计
0
4
0
4
膜堆
V型双层减反射膜 G/HL/A 1.52/1.7,1.38/1
缺点：1、剩余反射率还太高 2、破坏色平衡 3、通带越来越窄（和单层膜 比较）
1.2 双层减反射薄膜的设计
•
0
1.1 单层减反射薄膜的设计
R ( 1 3 ) cos ( 1 3 / 2 2 ) sin
2 2 2 2 2 2
( 1 3 ) cos ( 1 3 / 2 2 ) sin
2 2
0
( 2 m 1)
( 2 m 1)
2
0
4
膜堆
特点: A.
可得到W形透射光谱曲线。 与 n 2 无关。
2 n1 2 n1
1
R 0
R
2
即:
n0 R 0 n0
R
nS nS
2
0 . 04
B. 存在1 0 2 C. n 2 n1 n 2 n S
R R
1、减反射薄膜的设计
• • • • • 1.1 单层减反射薄膜的设计 1.2 双层减反射薄膜的设计 1.3 多层减反射薄膜的设计 1.4 高折射率基地上减反膜设计 1.5 防眩光吸收膜
1.1 单层减反射薄膜的设计
• 规整膜系：各层薄膜的光学厚度为设计波 长的四分之一。 • 设计波长（参考波长、中心波长） • 膜系：G/HLM/A， • G代表基底 • H（L、M）代表高（低、中）折射率膜层 并且光学厚度为设计波长的四分之一 • A代表出设介质（一般为空气）
0 ,
k 1 2(k 2)
0 ,
k 1 4
0 ,
k 1 2
0
1.5 防眩光吸收膜
有吸收的减反射薄膜 LCD
玻璃
作业
• P 81 , 2.1 2.2 题
2
, 1 3 / 2 2 0 2 N 1 d cos N 1 d cos ( 2 m 1)
2
4
2 1 3
例子
• 折射率为1.52的玻璃，要在波长500纳米处垂直入 射. 得到零反射率，需要做什么样的膜层，也就是 如何选择折射率和薄膜的光学厚度？
1.4 高折射率基底的减反射膜
• • • • 递减法 膜层厚度均为1/4波长； 折射率从基底到空气依次减小； K层膜实现k个波长位置的零反射；
n1 n0 n2 n1 n3 n2 nk n k 1 ns nk
• 反射点的波长位置分别为：
k 1 2k
0 ,
k 1 2 ( k 1)
2
R 2 min
三层减反射膜 G/MHHL/A G/M2HL/A
G M 2 HL A 特性分析
下图是此膜系的一条可能的 R 曲线。 注意：在薄膜光学中，为了使一次具体的计算 结果不被局限在一个特定的波段，引入了一个中间变 量——相对波数 g ， g 0 。
R
0 . 015
g
四层和四层以上增透膜的设计 • 通常遇到的问题： – a. 三层膜系的增透波段不够宽，或 剩余反射率还太高； – b. 满足设计要求的三种材料无法找 全。
解决的办法
a. 在2H层两侧增加新膜层。每加一层，应对可能 的组合进行计算对比，直至满足要求； b. 以 n H , n L 两种材料为基础，按照先简后繁的原 则：“用两层厚 0 4 的H.L替代M层”；“用不等厚的 H.L替代M层”；“用对称（不一定等厚）的三层膜 LHL替代M层”；直到满足要求。
• K9/MH1H2H3L/A nM=1.63, nH1=1.95, nH2=2.32, nH3=1.87,NL=1.38 • nH1=1.95 0.379H20.215L0.379H2 • nH3=1.87 0.288L0.384H20.288L • K9/M 0.379H20.215L0.379H2 H2 0.288L0.384H20.288L L/A • K9/1.14M 0.364H20.21L2.63H2 0.253L0.368H21.14 L/A
• 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。
光学薄膜膜系的计算机优化
• 优化一个可达到指标的最少层数的 1/4膜系结构； • 用三层对称膜系合成折射率不易实 现的膜层； • 再次优化膜层厚度，以补偿合成所 带来的特性下降。
1
G M 2 HL A 特性分析
a. 对 g=1 ，三层膜中有一层虚设层2H，致使对 λ0的有效膜堆是 G ML A
R 1 n 1 n S n 3
2 2 2
1 n
2 1
n S n3
2
2
显然，此值小于 G 2 HL A 膜堆的R值 ； b. 对g≠1的其它相当宽的波数段，R值比任何一 种两层膜都低。 各层膜参数对膜系总体性能的影响规律 a. 改变(N2 d2)，可使Tmax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。
2
0
4
膜堆
1 1.38
1.38
1.7
1.7
Y 0 1 . 52 ( nd 1 .7
2
2 4
0 )
1.52
1 Y1 1 . 9013 nd 1 1 . 52 4 Y2 1 .7
2
1 . 9013 ( nd
3 4
1 . 52
2 )
0
0
1
0
2
D. R 1 f n1 , n 2 , n S
R 2 f n1 , n 2 , n S
1.2 双层减反射薄膜的设计
W型双层减反射膜 G/HHL/A
缺点：明显的反射峰（中心波长）
1.3 三层减反射薄膜的设计
1
T T 0 /( 1 F sin )
第三章 光学薄膜膜系设计
1、减反射薄膜的设计
• 光学元件表面反射造成的问题
– 光能量损失，使像的亮度降低； – 杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降。
第三章 光学薄膜膜系设计
• • • • • • 1、减反射薄膜的设计 2、高反膜的设计 3、中心分束膜的设计 4、截至滤光片的设计 5、带通滤光片的设计 6、偏振薄膜
2
1.38 R1 R2 1.62 1.52
R 1 min
T0ຫໍສະໝຸດ Baidu
(1 R 1 )( 1 R 2 ) (1 R1 R 2 )
2
2.05
F
4 R1 R 2 (1 R1 R 2 )
2
2
2 . 05 1 . 38 2 / 1 2 . 05 1 . 38 2 / 1 0 . 00136 2 . 05 1 . 62 2 / 1 . 52 2 . 05 1 . 62 2 / 1 . 52 0 . 00733
单层减反射膜 G/L/A 1.52/1.38/1
缺点：1、 剩余反射率还太高； 2、破坏色平衡
1.2 双层减反射薄膜的设计
1 1.38 1.7 1.52
1.38
Y
1 .7
2
1 . 9013
1 . 52
0
4
0
4
膜堆
1.2 双层减反射薄膜的设计
0
4
0
4
膜堆
V型双层减反射膜 G/HL/A 1.52/1.7,1.38/1
缺点：1、剩余反射率还太高 2、破坏色平衡 3、通带越来越窄（和单层膜 比较）
1.2 双层减反射薄膜的设计
•
0
1.1 单层减反射薄膜的设计
R ( 1 3 ) cos ( 1 3 / 2 2 ) sin
2 2 2 2 2 2
( 1 3 ) cos ( 1 3 / 2 2 ) sin
2 2
0
( 2 m 1)
( 2 m 1)
2
0
4
膜堆
特点: A.
可得到W形透射光谱曲线。 与 n 2 无关。
2 n1 2 n1
1
R 0
R
2
即:
n0 R 0 n0
R
nS nS
2
0 . 04
B. 存在1 0 2 C. n 2 n1 n 2 n S
R R
1、减反射薄膜的设计
• • • • • 1.1 单层减反射薄膜的设计 1.2 双层减反射薄膜的设计 1.3 多层减反射薄膜的设计 1.4 高折射率基地上减反膜设计 1.5 防眩光吸收膜
1.1 单层减反射薄膜的设计
• 规整膜系：各层薄膜的光学厚度为设计波 长的四分之一。 • 设计波长（参考波长、中心波长） • 膜系：G/HLM/A， • G代表基底 • H（L、M）代表高（低、中）折射率膜层 并且光学厚度为设计波长的四分之一 • A代表出设介质（一般为空气）
0 ,
k 1 2(k 2)
0 ,
k 1 4
0 ,
k 1 2
0
1.5 防眩光吸收膜
有吸收的减反射薄膜 LCD
玻璃
作业
• P 81 , 2.1 2.2 题
2
, 1 3 / 2 2 0 2 N 1 d cos N 1 d cos ( 2 m 1)
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4
2 1 3
例子
• 折射率为1.52的玻璃，要在波长500纳米处垂直入 射. 得到零反射率，需要做什么样的膜层，也就是 如何选择折射率和薄膜的光学厚度？
1.4 高折射率基底的减反射膜
• • • • 递减法 膜层厚度均为1/4波长； 折射率从基底到空气依次减小； K层膜实现k个波长位置的零反射；
n1 n0 n2 n1 n3 n2 nk n k 1 ns nk
• 反射点的波长位置分别为：
k 1 2k
0 ,
k 1 2 ( k 1)
2
R 2 min
三层减反射膜 G/MHHL/A G/M2HL/A
G M 2 HL A 特性分析
下图是此膜系的一条可能的 R 曲线。 注意：在薄膜光学中，为了使一次具体的计算 结果不被局限在一个特定的波段，引入了一个中间变 量——相对波数 g ， g 0 。
R
0 . 015
g
四层和四层以上增透膜的设计 • 通常遇到的问题： – a. 三层膜系的增透波段不够宽，或 剩余反射率还太高； – b. 满足设计要求的三种材料无法找 全。
解决的办法
a. 在2H层两侧增加新膜层。每加一层，应对可能 的组合进行计算对比，直至满足要求； b. 以 n H , n L 两种材料为基础，按照先简后繁的原 则：“用两层厚 0 4 的H.L替代M层”；“用不等厚的 H.L替代M层”；“用对称（不一定等厚）的三层膜 LHL替代M层”；直到满足要求。
• K9/MH1H2H3L/A nM=1.63, nH1=1.95, nH2=2.32, nH3=1.87,NL=1.38 • nH1=1.95 0.379H20.215L0.379H2 • nH3=1.87 0.288L0.384H20.288L • K9/M 0.379H20.215L0.379H2 H2 0.288L0.384H20.288L L/A • K9/1.14M 0.364H20.21L2.63H2 0.253L0.368H21.14 L/A
• 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。
光学薄膜膜系的计算机优化
• 优化一个可达到指标的最少层数的 1/4膜系结构； • 用三层对称膜系合成折射率不易实 现的膜层； • 再次优化膜层厚度，以补偿合成所 带来的特性下降。
1
G M 2 HL A 特性分析
a. 对 g=1 ，三层膜中有一层虚设层2H，致使对 λ0的有效膜堆是 G ML A
R 1 n 1 n S n 3
2 2 2
1 n
2 1
n S n3
2
2
显然，此值小于 G 2 HL A 膜堆的R值 ； b. 对g≠1的其它相当宽的波数段，R值比任何一 种两层膜都低。 各层膜参数对膜系总体性能的影响规律 a. 改变(N2 d2)，可使Tmax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。
2
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膜堆
1 1.38
1.38
1.7
1.7
Y 0 1 . 52 ( nd 1 .7
2
2 4
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1.52
1 Y1 1 . 9013 nd 1 1 . 52 4 Y2 1 .7
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1 . 9013 ( nd
3 4
1 . 52
2 )
0
0
1
0
2
D. R 1 f n1 , n 2 , n S
R 2 f n1 , n 2 , n S
1.2 双层减反射薄膜的设计
W型双层减反射膜 G/HHL/A
缺点：明显的反射峰（中心波长）
1.3 三层减反射薄膜的设计
1
T T 0 /( 1 F sin )
第三章 光学薄膜膜系设计
1、减反射薄膜的设计
• 光学元件表面反射造成的问题
– 光能量损失，使像的亮度降低； – 杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降。
第三章 光学薄膜膜系设计
• • • • • • 1、减反射薄膜的设计 2、高反膜的设计 3、中心分束膜的设计 4、截至滤光片的设计 5、带通滤光片的设计 6、偏振薄膜
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1.38 R1 R2 1.62 1.52
R 1 min
T0ຫໍສະໝຸດ Baidu
(1 R 1 )( 1 R 2 ) (1 R1 R 2 )
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2.05
F
4 R1 R 2 (1 R1 R 2 )
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2
2 . 05 1 . 38 2 / 1 2 . 05 1 . 38 2 / 1 0 . 00136 2 . 05 1 . 62 2 / 1 . 52 2 . 05 1 . 62 2 / 1 . 52 0 . 00733