薄膜光学知识点

薄膜光学：
1. 整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。

（托马斯 杨干涉实验）
2. 列举常用的光学薄膜
镀膜镜片，牛顿环，滤光片、反射镜，ITO 膜，幕墙玻璃，红外膜，DWDM 、光纤薄膜器件，电致变色膜。

3. 利用薄膜可以实现的功能
减少反射，提高透射率；提高反射率；提高信噪比；保护探测器不被激光破坏；重要票据的防伪等等。

总之能列出多少光的用途就能列出多少光学薄膜的用途。

提高光学效率，减少杂光。

如高效减反射膜，高反射膜。

实现光束的调整和再分配。

如分束膜，分色膜，偏振分光膜。

通过波长的选择性提高系统信噪比。

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，保护膜等。

4. 一束入射角为0θ的光入射到厚度为d1、折射率为n1的薄膜上产生的相位差为：
111024cos /n d δπθλ=；双光束强度为：
221212122cos2R R R r r rr δδ=+±=+±
详细计算过程：
5. 单层膜的多光束干涉计算：（薄膜光学2PPT 中P26-29）
6. 电磁场间的关系：()
111H N k E =⨯
光学导纳：H
N N r E
=
⨯，这是的另一种表达式
称为光学导纳
7. 光在两种材料界面上的反射：0101
cos ,cos N p r s N ηηθηηηθ
⎧--⎪==⎨
+-*⎪⎩光：光：
01010101R ηηηηηηηη*
⎛⎫⎛⎫--=∙ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭
8. 掌握单层膜的特征矩阵公式：薄膜光学3 PPT 中P 15-21
11
1211
1sin cos 1sin cos i B C i δδηηηδδ⎡
⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ B C ⎡⎤
⎢⎥⎣⎦
称为膜系的特征矩阵 C
Y B
=
单层膜的反射系数和反射率为：
000000,Y
Y Y r R Y Y Y ηηηηηη*
⎛⎫⎛⎫---==⋅ ⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭
9. 掌握多层膜的特征矩阵公式：薄膜光学3 PPT 中P 26-29
10. 【计算】偶数四分之一光学膜层的特征矩阵：
223122
2r r s
r r
Y ηηηηη------=--- 奇数四分之一光学膜层的特征矩阵：222
4222
31r r r r r s
Y ηηηηηη-------=--- 计算多膜层（膜层厚度为四分之一波长的整数倍）的反射率。

【计算题：薄膜光学3PPT 中P35】
11. 单层减反膜的设计方法：【薄膜光学3PPT 中P37】
12. 无论膜层是否有吸收，膜系的透射率与光的传播方向无关。

13. 厚基片反射率和透射率的计算【薄膜光学3PPT 中P52-54】
14.有些镀膜元件表面反射的光色彩与入射光颜色不同，主要原因在于在不同的波段元件表
面对于光的反射不同。

15.单层λ0／4减反膜的优缺点？
优点：
缺点：（1）剩余反射高（2）带宽小
双层λ0／4-λ0／4减反膜的优缺点？
优点：在中心波长处增透效果好
缺点：λ0／4-λ0／4结构的V形减反膜只能在较窄的光谱范围内有效地减反射，即带宽较小。

因此仅适宜于工作波段窄的系统中使用。

λ0／4- λ0／2型双层增透膜的优缺点？
λ0／4- λ0／2型双层增透膜在中心波长λ0两侧可望有两个反射率极小值，反射率曲线呈W型，所以也罢这种双层增透膜称为W型膜。

在一定程度上展宽了带宽但是总体的减反效果不理想，在中心波长处得反射率和单层膜相同。

16.λ0/4-λ0/2-λ0/4型增透膜的优点？不仅提高了增透效果，而且展宽了带宽。

17.λ0/4-λ0/2-λ0/4型增透膜: G/M2HL/A的设计。

当其中有一膜层材料实际不存在时，应
可用奇数层高低交替的材料来替代xL/yH/xL或xH/yL/xH，该替代多层光学厚度之和必须等于原来膜层的光学厚度。

【薄膜光学5PPT中P25-42】
18. 红外宽带减反膜的具体设计方法。

19. 单层膜的反射率计算：2222
0101(/)/(/)s s R n n n n n n =-+【一般不会超过50%】
高反射率膜堆G/H（L/H）S /A 应具有的特点？
（1）高低折射率层交替，介质膜系两边的最外层为高折射率层。

（2）介质层每层的厚度均为λ0/4
20.如何提高高反射率膜堆的反射率？
nH /n1越大，或层数（2S+1）越多反射率越高。

21.典型的λ0/4高反射介质膜堆特点：四点。

(1)存在一个高反射带；(2)膜层数越多，反射率稳步提高；(3)高反射带的（波数）宽度2△g 是有限的，随着层数的增加，宽度2△g并不改变；（4）在高反射带的两边，反射率陡然降为晓得振荡着的数值，随着层数的增加，奖增大反射带内的反射率以及带外的振荡数目。

22.展宽高反射带宽的方法？两点。

23.区分介质高反射膜与金属高反射膜，各自的优缺点
介质高反射膜：优点：吸收几乎为零；反射率接近100%。

缺点：价格昂贵、结构复杂
金属高反射膜：优点：廉价、结构简单。

具有一下特点：1、高反射波段宽，几乎可以覆盖全部光频范围；2、不同金属膜层与基底附着能力差别较大，如Al、Cr、Ni与玻璃附着牢固，Au、Ag与玻璃附着能力很差；3、化学稳定性差，易被环境气体腐蚀；4、膜层软，易划伤。

24.在金属高反射膜中引入介质膜为何能够改善金属高反射膜的机械性能？
（1）改善金属与基底的附着力，如；（2）高硬度透明膜对金属层起到保护作用（3）提高金属层得反射率。

25.分光膜可以分为分束膜和分色膜；
分色膜是按颜色（波长）不同进行分光；
分束膜是把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光，在一定的波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率、反射率比例，因而反射光和透射光不具有颜色，并呈中性。

26.中性分束镜可分成介质中性分光镜、偏振中性分束棱镜和金属中性分光镜。

27.介质中性分光镜结构：周期性多层介质膜系(LH)S。

（较高反膜相比：层数少，反射率
滴（~50%））
28.介质中性分光镜特点：3点。

（1）因为无吸收，分光效率高；（2）偏振效应明显；（3）
分光特性色散明显。

29.如何改善分束镜分光曲线的平坦程度或者说色中性？3点。

（1）可通过2H、2L、甚至2M提高分光曲线的平坦程度（色中性）；（2）将膜系中的H 层换成中等折射率的M膜层；（3）整体调整H、L膜层材料，改变n H
与n L比值或通过改变膜厚来改变n H与n L比值。

30.偏振中性分束棱镜工作原理？
偏振中性分束棱镜工作前提条件？
哪种金属分光镜在较宽的光谱范围内中性较好，且机械性能与化学性能都非常好？
镍铬合金（80Ni-20Cr）在较宽的光谱范围内中性较好，且机械性能与化学性能都非常好31.截止滤光片：要求某一波长范围的光束高效透射而偏离这一波长的光束骤然变化为高反
射(或称抑制)。

长波通滤光片：抑制短波区、透射长波区的滤光片；
短波通滤光片：抑制长波区、透射短波区的滤光片
32.截止滤光片分为吸收型、薄膜干涉型和吸收与干涉组合型。

33.列举吸收型截止滤光片，介绍其特点（优缺点）
优点：材料来源广泛，如颜色玻璃、晶体、烧结多孔明胶无机和有机液体以及吸收薄膜；使用简单，对入射角不敏感；造价便宜或适中。

缺点：截止波长不能随便移动。

吸收型红外截止滤光片，增强绿光,增加色彩平衡,加强近红外线阻隔滤光片，适合于带有切换盒的彩色+黑白摄像机,高速公路监控,车牌识别摄像机和野外测控.抗干扰强,拍摄清晰.
34.衡量干涉截止滤光片的重要指标？
（1）透射曲线开始上升（或下降）时的波长以及此曲线上升（或下降）的许可斜率（2）高透射带的光谱宽度、平均透射率以及在此透射带内许可的最小透射率
（3）具有低透射率的反射带（抑制带）的光谱宽度以及在此范围内所许可的最大透射率。

35.干涉截止滤光片压缩通带波纹的方法？
36.L/2HL/2适合短波通，H/2LH/2适合长波通
37.列举截止滤光片的应用：1、彩色分光膜；2、反热镜和冷光镜；3、红外截止滤光片
（CCD系统）。

38.反热镜：短波通滤光片，即抑制红外光，透射可见光
冷光镜：长波通滤光片，即透射近红外光，反射可见光
39.列举常用的物理气相沉积（PVD）技术。

热蒸发；溅射；离子镀；离子辅助镀技术
40.真空镀膜系统由哪几部分构成？物理气相沉积的过程中为何需要高真空系统？
真空系统；热蒸发系统；膜厚控制系统。

大气PVD存在的问题：常温常压下，分子密度：1.28*10-3g/cm3,即气体分子个数2.08*1022个/g，气体分子间距离3.34*10-6mm，气体分子的空间密度2.68*1016个/mm3。

导致：空气中活性气体分子与膜层、膜料、蒸发器反应，空气分支进入膜层成为杂质；常压下，气体分子密度太高。

蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。

所以PVD过程需要使用高真空系统。

41.什么样的真空条件下可以镀膜？列举2－3种可以将真空腔抽到高真空的设备
气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离的条件下可以镀膜。

罗茨泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温冷凝泵。