2014现代光学薄膜技术9
现代光学薄膜制造技术讲义
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nH 为 Ta2O5 n≈2.05
n =1.45
L
在现在的计算程序中，考虑到了色散。λ 0＝350nm。
（2）上述膜系在可见光区有激烈的波动。透射光带有颜色。要
在可见光区得到一条平坦， T≥95%的曲线可用薄膜光学中的长波通膜 系，即将上述膜系改为：
G|0.5HLHLHLHLHLHLHLHL0.5H |A
3
是一个严重的缺点。 实验发现，用极值法生产单色滤光片时有很高的定位精度。但同 时我们却发现：在单色滤光片的次峰严重变形，偏离理论值，而这时 用石晶法监控的产品则其次峰要规矩得多。 用石晶控法生产的膜系，膜层的误差没有补偿和传递作用。因此 虽然它在单一波长处误差较大，但从宽波长范围来说，其整体误差较 小。 如果我们要制造一个超宽带的增透膜（450nm～1150nm） (1)如单一波长的光控制造，其产品会经常 出现废品，次品会增 多。 (2)用石英晶控法生产，成品率高是一种好的选择。 (3)如现有设备只有光控时，可使用变波长监控， 切断每层膜的误 差传递。会有比较好的制造效果。 c.膜系设计中的灵敏度误差 膜系制造中的误差，我们已经讲了两个（a）膜层厚度判定方法误 差： (b)膜层厚度补偿误差。现在我们来讲座膜系设计中的灵敏 度误差！ 应该说，对于给定的光谱曲线，我们可以设计很多种不同的 膜系来实现。现在的问题是哪种膜系设计好？哪种膜系设计差？ 我们必须进行膜系膜层误差分析，摒弃那些对制造误差有非常严 重要求的膜系，最后选取有高成品率有优良光学性能的膜系。为 此我们要做到：
光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术
光学薄膜技术第三章——薄膜制造技术—-—-———-—--—--———————-—-——--——-—作者：—--—-————-——--—-————-———————-———日期：第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积(PVD)和化学液相沉积(CLD）两种工艺来获得.CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜,废水废气对环境造成污染，已很少使用.PVD需要使用真空镀膜机,制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。
PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体(从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚.在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在,那就会产生如下一些问题：①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜；②空气分子进入薄膜而形成杂质；③空气中的活性分子与薄膜形成化合物；④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物，从而不能进行正常的蒸发等等.因此,必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空，而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备.制作薄膜最重要的装备是真空设备．真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备.二者真空度不同,这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同,下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类.下图是超高真空设备的原理图,在原理上,它与高真空设备没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性，超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵(如钛吸气泵）来辅助超高真空泵。
光学薄膜技术论文
光学薄膜技术论文光学薄膜是一类重要的光学元件，下面是店铺整理了光学薄膜技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!光学薄膜技术论文篇一光学薄膜及其应用研究【摘要】光学薄膜是一类重要的光学元件，它广泛地应用于现代光学、光电子学、光学工程以及其他相关的科学技术领域。
在光的传输、调制，光谱和能量的分各与合成以及光与其他能态的转换过程中起着不可替代的作用。
【关键词】光学薄膜制备应用1光学薄膜的制备技术1.1物理气相学沉积(PVD)1)热蒸发光学薄膜器件主要采用真空环境下的热蒸发方法制造，此方法简单、经济、操作方便。
尽管光学薄膜制备技术得到长足发展，但是真空热蒸发依然是最主要的沉积手段，当然热蒸发技术本身也随着科学技术的发展与时俱进。
2)溅射溅射指用高速正离子轰击膜料(靶)表面，通过动量传递，使其分子或原子获得足够的动能面从靶表而逸出(溅射)，在被镀件表面凝聚成膜。
其膜层附着力强，纯度高，可同时溅射多种不同成分的合金膜或化合物。
3)离子镀离子镀兼有热蒸发的高成膜速率和溅射高能离子轰击获得致密膜层的双优效果，离子镀膜层附着力强、致密，离子镀常见类型：蒸发源和离化方式。
4)离子辅助镀在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器――离子源，产生离子束，在热蒸发进行的同时，用离子束轰击正在生长的膜层，形成致密均匀结构(聚集密度接近于1)，使膜层的稳定性提光学薄膜制备技术高，达到改善膜层光学和机械性能。
离子辅助镀技术与离子镀技术相比，薄膜的光学性能更佳，膜层的吸收减少，波长漂移极小，牢固度好，该技术适合室温基底和二氧化钛等高熔点氧化物薄膜的镀制，也适合变密度薄膜、优质分光镜和高性能滤光片的镀制四。
1.2化学气相沉积(CVD)化学气相沉积(CVD)一般需要较高的沉积温度，而且在薄膜制备前需要特定的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径来生成固态薄膜的技术，CVD技术制备薄膜的沉积速率一般较高。
但在薄膜制备过程中也会产生可燃、有毒等一些副产物。
光学薄膜技术-前言
光 学 薄 膜 技 术——前言
光学薄膜的应用
光学薄膜在光学系统中的作用： 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、保护膜等
光学薄膜技术
光 学 薄 膜 技 术
光学薄膜是附着在 光学零件表面的厚 度薄而均匀的介质 膜层。
光学薄膜技术
《光学薄膜技术》，作者：卢进军、刘卫国，西北工业大学 出版社。 《现代光学薄膜技术》，作者：唐晋发 、顾培夫，浙江大学 出版社
光学薄膜技术
参考书
光学薄膜技术，H.A.麦克劳德著，周九林、尹树百译，国防工业 出版社1974 应用光学薄膜，唐晋发、郑权著，上海科学技术出版社，1984 玻璃镀膜， H.K.普尔克尔著，仲永安等译，科学出版社，1988 光学薄膜原理，林永昌、卢维强著，国防工业出版社1990
光 学 薄 膜 技 术——前言
光学薄膜的应用 薄膜光学是物理光学的一个重要分 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， 简而言之，它主要研究光在分层媒质中 的传播规律性。
光 学 薄 膜 技 术——前言
光学薄膜的应用
与镀膜技术密切相关的产业
镀膜眼镜
幕墙玻璃 滤光片
光 学 薄 膜 技 术——前言 薄膜光学通过近几十年的发展，在以下方面都有了长足 的进步：
1. 2. 3. 4. 5.
膜系设计 薄膜材料 测量技术 薄膜制备，包括制备方法以及控制手段 相关产业等等 但是，仍存在许多困难。 “我们这些在薄膜领域工作的人，在镀膜工艺曾经有 过较多的一时难以解释的失败和教训，这些失败往往涉 及已经充分研究过的、在一段时间内行之有效的技 术……对于诸如此类的困难，除了抱怨天气之外，往往 以运气不佳为理由，人们甚至能在镀膜车间看到祈求好 运的符标。” -----麦克劳德
光学薄膜及其应用
溅射方式
包括直流溅射、射频溅射和脉冲 溅射等，其中射频溅射和脉冲溅
射适用于绝缘靶材的镀膜。
应用范围
广泛用于制造各种光学薄膜，如 金属薄膜、介质薄膜等。
化学气相沉积
物理基础
基于气相化学反应原理，在基底表面形成固态薄 膜。
反应方式
包括热分解、化学合成和等离子体增强化学反应 等多种方式。
多层膜技术
多层膜技术可以增加光学薄膜的复杂性和功能性，提高薄膜的性能和稳 定性。未来，多层膜技术将成为光学薄膜领域的一个重要研究方向。
政策与环境分析
国家政策支持
近年来，国家对于光学薄膜产业的发展给予 了大力支持，出台了一系列相关政策，包括 财政补贴、税收优惠等，以促进光学薄膜产 业的发展。
行业标准制定
研究挑战与展望
制造工艺的优化与改进
提升薄膜性能
通过优化制造工艺，提高薄膜的光学、力学、化学等性能，以满 足实际应用中的严格要求。
降低制造成本
研究更低成本的制造工艺，减少生产过程中的浪费和成本，提高 光学薄膜的性价比。
制造环境友好型薄膜
探索绿色、环保的制造工艺，减少对环境的负面影响，为可持续 发展做出贡献。
04
CATALOGUE
光学薄膜的市场与发展趋势
市场规模与增长
全球市场规模
近年来，随着光学技术的不断发展，光 学薄膜市场呈现出快速增长的趋势。根 据市场研究机构的统计数据，全球光学 薄膜市场规模预计在未来几年内将持续 扩大。
VS
国内市场规模
我国光学薄膜市场也呈现出快速增长的趋 势，尤其是在液晶显示、太阳能光伏等领 域，光学薄膜的应用越来越广泛。据不完 全统计，我国光学薄膜市场规模年均增速 在10%以上。
现代光学薄膜技术pdf
现代光学薄膜技术pdf
现代光学薄膜技术是指利用薄膜材料和相关工艺制备具有特定光学性能的薄膜结构，以满足不同应用领域对光学特性的要求。
它在光学元件制造、光学涂层、光学器件等领域具有广泛应用。
光学薄膜技术主要包括以下几个方面：
1.薄膜材料选择：根据不同的光学要求，选择合适的材料作为薄膜的基底或涂层材料。
常用的薄膜材料包括金属、氧化物、氟化物、硅等。
2.薄膜设计：通过光学薄膜设计软件进行光学薄膜的设计，确定所需的反射、透射、吸收等光学性能。
设计时需要考虑波长范围、入射角度、偏振状态等因素。
3.薄膜制备：常用的薄膜制备技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射、离子束沉积等。
这些技术可用于在基底表面沉积薄膜材料，形成所需的光学性能。
4.薄膜性能测试：对制备好的光学薄膜进行性能测试，包括反射率、透过率、吸收率、膜层厚度等参数的测量。
常用的测试方法有分光反射光谱法、椭偏仪法等。
现代光学薄膜技术广泛应用于光学镜片、滤光片、
透镜、激光器、光纤通信等领域。
它可以改变光的传播和相互作用方式，实现对光的控制和调节，提高光学元件的性能和功能，满足不同应用的需求。
光学薄膜及其应用
加大对光学薄膜产业的投入力度，包括资 金、人才、设备等方面的支持，推动产业 快速发展。
加强国际交流与合作
建立光学薄膜的标准体系，制定相关标准 和规范，提高产品质量和市场竞争力。
加强与国际同行之间的交流与合作，引进 国际先进技术和管理经验，提高我国光学 薄膜产业的国际竞争力。
THANKS
在常压环境下，通过化学反应生成薄膜材料并沉积在基片上。反应条件温和，设 备要求相对较低。
等离子体增强化学气相沉积
利用等离子体激活反应气体，促进化学反应并在基片上沉积成膜。具有高沉积速 率和优良薄膜质量的优点。
溶胶凝胶法技术
凝胶化过程：溶胶经陈化，胶粒 间缓慢聚合，形成三维空间网络 结构的凝胶。
热处理：对干凝胶进行高温热处 理，得到最终的光学薄膜。
光学薄膜的分类
根据光学薄膜的特性和应用，可以将其 分为以下几类
滤光片：选择性地透过或反射特定波长 光线的薄膜，用于光学滤波和色彩调节 。
分光膜：将光线按照一定比例分成多束 的薄膜，用于光谱分析和光学仪器。
反射膜：具有高反射率的薄膜，用于光 线的反射和镜面效果。
增透膜：减少光线反射，增加光线透射 率的薄膜，提高光学元件的透过率。
光学薄膜发展历程
01
02
03
04
05
光学薄膜的发展历程经 历了以下几个阶段
初期探索阶段：早期科 学家通过对自然现象的 观察和实验，发现了薄 膜干涉、衍射等光学现 象，为光学薄膜的研究 奠定了基础。
理论研究阶段：随着光 学理论的发展，科学家 们建立了完善的薄膜光 学理论体系，为光学薄 膜的设计和制备提供了 理论指导。
工作原理
利用光的干涉原理，使反射光增强。
应用领域
现代光学薄膜
现代光学薄膜技术——宽带反射膜的发展概况综述曾勇平23120121152897 光学工程为了提高锗基底的透过率和膜层的机械强度，潘永强、朱昌等人对锗基底上高性能的红外宽带减反射膜的设计与制备工作进行了研究，介绍了红外宽带减反射膜的膜料选择、膜系设计以及采用离子束辅助沉积高达99.5%以上，在设计波段范围内平均透过率大于97.5%，膜层附着性能好，光机性能稳定。
这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义[1]。
郝殿中、吴福全等人针对Wollaston棱镜中o、c光对应的基底折射率相差较大以及制作该晶体的冰洲石和许多薄膜材料间附着力较差的特点，为了提高镀膜材料和冰洲石基底的附着力以及提高棱镜的透过比，扩宽有效使用带宽，借助于计算机辅助设计方法，设计了高性能多层减反射膜系。
选用合适的光学薄膜材料，利用电子束蒸镀，借助于离子源辅助蒸镀，制作了高性能的宽带减反射膜。
测试结果表明：o光的平均剩余反射率小于1.0%，e光的平均剩余反射率小于0.5%，有效使用带宽在近红外大于200nm；薄膜和基底结合牢固，达到了设计要求，提升了棱镜的品质[2]。
王小凤、王丹等人分析了倾斜入射条件下导致光学薄膜产生偏振的原因，针对不同偏振态的等效导纳与等效相位进行了分析，并计算了对称膜层在450C入射条件下不同偏振态的等效折射率与等效相位厚度，采用等效层设计了光学性能良好的600~900nm 波段消偏振宽带减反射。
最后利用电子束蒸发技术制备了薄膜样品，样品的光谱性能完全能够满足使用要求。
其中在600~900nm波段范围内，平均反射率小于1.38%，反射率的偏振度低于0.89%。
另外，通过对其理论及实验光学性能、角度敏感性等方面的分析结果可知，对称膜层组合法是设计消除倾斜入射下宽带减反射膜偏振效应的一种行之有效的方法[3]。
苏现军、徐岩根据电视/红外双色制导的要求，研制了锗酸盐基底上的双波段宽带减反射膜。
其膜系设计采用二氧化钛和二氧化硅分别作为高、低折射率膜料的13层膜堆，镀制的膜层满足环境稳定性标准。
《现代光学薄膜技术》课件
按照功能和应用，光学薄膜可以 分为增透膜、反射膜、滤光膜、 干涉膜等。
光学薄膜的应用领域
显示行业
液晶显示、等离子显示、投影显示等。
照明行业
LED照明、荧光灯等。
摄影器材
镜头、滤镜等。
太阳能行业
太阳能电池等。
光学薄膜的发展历程
19世纪末
光学薄膜概念诞生，主要用于 镜头增透。
20世纪初
光学薄膜技术逐渐成熟，应用 领域扩大。
真空蒸发镀膜技术适用于各种材料，如金属、半导体、绝缘体等，可以 制备单层膜、多层膜以及复合膜。
真空蒸发镀膜的缺点是难以控制薄膜的厚度和均匀性，且不适用于制备 高熔点材料。
溅射镀膜
溅射镀膜是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积在基片上形 成薄膜的方法。该方法具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量，适用于制备高质量的多层光 学薄膜。
详细描述
高温防护膜通常由耐高温材料制成，如硅、石英等，能够承受较高的温度和恶劣的环境条件。这种薄膜常用于工 业炉、高温炉、激光器等设备的光学元件保护，防止高温对光学表面的损伤和退化，保证设备的长期稳定性和可 靠性。
05
CATALOGUE
光学薄膜的未来发展
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
如新型高分子材料、金属氧化物、氮 化物等，具有优异的光学性能和稳定 性，能够提高光学薄膜的耐久性和功 能性。
THANKS
感谢观看
离子束沉积技术可以应用于各种材料，如金属、非金属、 半导体、绝缘体等，可以制备单层膜、多层膜以及复合膜 。
离子束沉积的缺点是设备成本较高，且需要较高的真空度 条件。
03
CATALOGUE
光学薄膜的性能参数
光学薄膜技术概述学习PPT教案
主要膜系设计软件
1. Autofilm 2. TFC 3. Macleod 4. Optilayer
绪论
Introduction
★什么是光学薄膜
★光学薄膜的发展历史
★光学薄膜的应用
1. What is optical thin films
光学薄膜是指控制光束行为的薄膜。
光学薄膜技术是光学技术的一个重要分支， 它包括薄膜光学及薄膜制备技术，前者研究光 在分层媒质中的传播规律，后者研究光学薄膜 的各种制备技术。
光学薄膜技术
Optical thin films and Technology
主要内容：
研究范畴及内容：
绪论 第一章：薄膜光学特性计算基础 第二章：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
主要论述层状媒介
的光学特性。薄膜是 一薄的层状媒介，是 构成现代各种光电器 件的基础。在薄的膜 层中，光波的传输与 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 层状媒介中的传播规 律、膜系设计以及薄 膜的制备于检测技术。
8. The columnar structure of thin film was discovered in 1970 by Pearson(皮尔逊).
9. Thin film filters used for optical communication was made significant progress in around 2000.
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 ➢太阳能 ➢ITO膜
光学薄膜
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 (optical coating)
光学薄膜 (optical coating)
光学薄膜是附着在光学零件表面的厚度薄 而均匀为改变光学零件表面光学特性而镀在光 学零件表面上的一层或多层膜。 薄膜光学理论与设计、薄膜工艺技术、薄 膜材料、薄膜特性测量构成了薄膜技术研究的 主要内容。
光学薄膜的原理
光学薄膜经过纳米的光学结构处理，具有高亮度、发光均匀、 成本低、功耗低、简易方便光学薄膜经过纳米的光学结构处理， 具有高亮度、发光均匀、成本低、功耗低、简易方便、轻薄且不 易损坏等性能，保养经济又耐用。光学薄膜的纳米光学结构技术 处理，可收集光线而增加光通量，减少光损耗从而达到高亮度效 果，将光最大利用的优势。 从技术层面来讲，让其显示技术与照明技术相结合，以光学 外罩和光学反射罩为核心，利用光折射与反射的设计原理从而让 其外观千变万化。
• 偏光膜片可分为吸收型及非吸收型两种，生产吸收型 偏光膜片的技中有碘系偏光膜片和染料偏光膜片。目 前，几乎所有被使用的偏光膜片都是具有良好光学特 性的碘系偏光膜，然而能够在高耐久型领域中使用的 偏光膜片却是染料偏光膜片。不过，在光学特性方面 碘系偏光膜片却略胜一筹，在能够使用的环境条件上， 碘系偏光膜片可承受的环境为摄氏90度，摄氏60度 ×90%RH；而染料偏光膜片能够承受的使用环境则 是摄氏105度，摄氏80度×90%RH，因此如果在高 耐久性条件下，碘系偏光膜片便无法承受。
• • • • • 高节能 寿命长 多变幻 利环保 高新尖
反射型偏光膜片：
• 背光模块产生的光线在背光模块侧的偏光膜片， 大约有一半的光线被吸收形成所谓的光损，如果将背 光模块的所有光线转换成直线偏光，就可以消除在偏 光膜片的光损。 具体方法是在背光模块与吸收型偏光膜片之间， 插入不会吸收的反射型偏光膜片，如此一来与穿透轴 直交的光线会折返至背光模块侧，在背光模块内部反 射时能够消除偏光使光线再度被利用。 合并使用反射型偏光膜片提高辉度，已经成为不 可欠缺的重要技术，根据实验结果证实相同背光模块 可以获得1.5倍的辉度，反过来说相同的辉度只需要 2/3的背光模块亮度即可，它对消耗电力的降低与使用 寿命的延伸具有重大贡献。
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。
国家光学薄膜工程技术
随着环保意识的提高，未来光学 薄膜工程技术将更加注重环保和 可持续发展。研发环保材料、提 高生产效率、降低能耗等将成为 光学薄膜工程技术的重要发展方 向。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
生物医学领域
光学薄膜在生物医学领域具有广 阔的应用前景，如生物传感器、 医疗诊断仪器等。未来，光学薄 膜工程技术将不断探索在生物医 学领域的应用，推动医疗科技的 发展。
显示屏幕
光学薄膜在显示屏幕制造中发挥 着重要作用，如增透膜可以提高 屏幕亮度和对比度，改善视觉效 果。防反射膜可以减少环境光反 射，提高屏幕在明亮环境下的可 视性。
光学镜头
在相机、望远镜等光学仪器中， 光学薄膜用于提高镜头透光率、 减少眩光和鬼影，提升成像质量 。
光伏产业
光学薄膜在太阳能电池板制造中 应用广泛，如减反射膜可以增加 太阳光吸收效率，提高光伏电池 的光电转换效率。
促进技术创新：加强光学薄膜工程技术的研究，有助于推动相关领域的技术创新， 为我国的科技进步做出贡献。
国家光学薄膜工程技术的意义与目标
目标
技术突破：通过深入研究，实现光学薄膜关键技 术的突破，提高我国在该领域的自主创新能力。
产业应用：推动光学薄膜技术在各个领域的应用 ，促进产业升级和可持续发展。
国际合作与交流：加强与国际先进光学薄膜研究 机构的合作与交流，引进国际先进技术和管理经 验，提高我国光学薄膜工程技术的整体水平。
加强国际合作与交流
积极参与国际光学薄膜领域的合作与交流，引进国际先进 技术和管理经验，提高我国光学薄膜产业的国际竞争力。
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05 结论与建议
国家光学薄膜工程技术总结与评价
01
02
《光学薄膜》课件
择、沉积工艺、薄膜结构设计和表面
处理等，其中控制沉积过程是关键。
3光学薄膜的工作原理Fra bibliotek光学薄膜通过控制入射光的干涉和衍 射现象，实现对光的传播和反射的控 制，从而产生特定的光学效果。
光学薄膜的性质及影响因素
光学薄膜的性质包括光学常数、厚度、 结构和成分等，这些因素会影响薄膜 的光学性能和应用效果。
第三部分：分类与应用
第四部分：挑战与未来
光学薄膜在未来的前景
随着科技的发展和需求的 增长，光学薄膜将继续发 挥重要作用，应用范围将 不断扩大，性能和效率将 进一步提高。
当前光学薄膜研究面 临的挑战
光学薄膜研究面临材料选 择、沉积工艺、薄膜稳定 性和性能优化等方面的挑 战，需要综合应用多学科 知识来解决。
如何解决未来研究中 的问题
光学薄膜的应用范围
光学薄膜广泛应用于光学仪器、光通信、太阳能、显示技术和传感器等领域，提供了独特的 光学性能和功能。
光学薄膜的特性与优点
光学薄膜具有高透过率、高反射率、多色彩、可调性和可控性等特性，使其成为设计和制造 各种光学元件的理想材料。
第二部分：原理
1
光学薄膜的制备过程
2
光学薄膜的制备过程包括薄膜材料选
《光学薄膜》PPT课件
# 光学薄膜
光学薄膜是指具有特定光学性质和应用的薄膜材料，通过光的干涉和衍射现 象产生彩色效果。本课件将介绍光学薄膜的基本概念、工作原理以及在各个 领域中的应用。
第一部分：介绍
什么是光学薄膜？
光学薄膜是一种特殊的薄膜，其厚度通常在波长数量级，能够通过干涉和衍射现象来控制光 的传播和反射。
未来研究可以加强材料设 计、工艺优化、表征技术 以及理论模拟等方面的研 究，从而解决光学薄膜研 究中的问题。
光学薄膜及制备详解
光学薄膜
光学薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光 膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。常 用的是前四种。
光学反射膜用以增加镜面反射率，常用来制 造反光、折光和共振腔器件。光学增透膜沉积在 光学元件表面，用以减少表面反射，增加光学系 统透射，又称减反射膜。光学滤光膜用来进行光 谱或其他光性分割，其种类多，结构复杂。光学 保护膜沉积在金属或其他软性易侵蚀材料或薄膜 表面，用以增加其强度或稳定性，改进光学性质。 最常见的是金属镜面的保护膜。
1.2 常见的减反膜的种类
1.单层减反膜 2.双层减反膜 3.多层减反膜
1.2.1单层减反膜
r1
r2e2i2
n0
n1
n2
假设在界面1和2上的振幅反射率系数为r1和r2
r1
n0 n0
n1 n1
r2
n1 n1
n2 n2
总反射系数
r r1 r2
合反射率
R r2
当膜层的光学厚度为中心波长的四分之一时，则两个
减反膜起不到降低反射的作用，所以双层反射膜只能在较窄的光谱 范围内有效的减少反射，适宜于工作波段较窄的系统中应用。有时 为了满足较宽光谱范围的低反射要求，需要用到三层或多层反射膜。
1.2.3 多层减反膜
常用的三层减反膜是“λ/4-λ/2-λ/4”膜系。对于中心 波长来说，λ0/2光学厚度的膜层为“虚设层”，对反射率没有 影响，与“λ/4-λ/4”的双层减反膜效果相同。但是λ/2膜层 对其他波长有影响，选择适当的折射率值，可以使反射特性曲 线变得平坦。
n22 / n 3 1.9
在限定两层膜的厚度都是λ/4的前提下，要令波长λ的反射光 减至零，它们的折射率应满足如下关系：
n1 (n22 / n3 )n0
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两种离子源的特点： 考夫曼离子源的特点：高能低束流，能 流密度较低，出射角度较小，适合于镀制 较小面积的光学器件；使用成本高； 霍尔离子源的特点：低能大束流，能流 密度较大，发射角也较大，适合较大面积 的生产使用；使用成本低；适合于大规模 生产使用。
RF离子源系统组成 射频离子源，中和器 离子源电源系统，工作气体导入系统和流量控制仪
双离子束溅射沉积薄膜
16cm RF
12cm RF Veeco溅射沉积镀膜系统
16cm聚焦型射频离子源 Maximum Beam current: 700 mA Beam Energy: 100 1500 eV Gas Flow: 10 - 50 SCCM Gas Use: Ar
12cm发散型射频离子源 Maximum Beam current: 500 mA Beam Energy: 50 eV to 1500 eV Gas Flow: 10 to 15 SCCM Ar Gas Use: Ar , O2
离子源
离子源工作原理 离子源的种类 按离子能量分为： 高能200ev以上的如APS、RF、考夫曼离子源； 低能200ev以下的霍尔离子源 按类型分：考夫曼型和霍尔型 离子源的工作原理
在真空环境下，利用发射的电子在电场和磁场的相互作用 下，使充入真空室的气体产生离化，在电场和磁场的作用 下发射离子。
扩散泵 扩散泵是依靠从喷嘴喷出的高速（如200m/s），高密 度（如几十托）的蒸气流而输送气体的泵。依靠被抽气体 向蒸气流扩散进行工作的。通常是以油为工作蒸汽 扩散泵结构：一般为三级喷嘴。 铝制的各级伞形喷嘴和蒸气导管是扩散泵的核心部分。 扩散泵的极限真空压强： Pm＝Pfexp（-nUL/D0） Pf 为前级真空压强，n为蒸气分子密度，L为泵的出气口 蒸气流扩散长度，U为油蒸气速度 U≈1.65×104√（T/M）（cm/s） M为油蒸气的分子量，D0=DN=常数，D为自扩散系数， D=1/3lύ L和ύ分别是平均自由程和算术平均速度。 扩散泵的口径一般是钟罩直径的三分之一，扩散泵的抽 气速率大约是钟罩容积的5倍。
直接控制：全部膜层自始至终直接由被镀样品 进行控制，不换控制片，采用被镀样品作为监 控片，对镀制窄带滤光片具有很高的精度。主 要是由于相邻膜层之间自动进行膜层误差的补 偿（在控制波长上），同时避免了凝聚特性变 化而引起的误差，使窄带滤光片获得很高的波 长定位精度。
间接控制时，淀积在一个已由膜层的基板 上的膜层厚度和同时淀积在一个新鲜基板 上的膜层厚度之间有明显的差异。这是由 于膜层在已由膜层的基板能够立即生长， 而在新鲜的基板上生长需要有形成晶核的 时间。因此，间接控制的精度与直接控制 的精度有差异。简接控制也有其优点，可 以调节控制波长，而其误差是随机的误差， 减少了其他膜层的影响。
低温冷凝
通过冷却使得气体分子失去从冷板上蒸发出 去的能量
低温泵原理
低温吸附
通过冷却使得气体分子失去从冷板上集聚的 能量
低温泵原理
活性炭
低温泵里二级冷板上粘有大量
的活性炭，这些活性炭呈蜂窝 状结构，迷宫型的孔穴使得进
自由气 体分子
入其中的H2、Ne和He在低温下
失去活性而被吸附在孔穴中。
蜂窝状 孔穴
低温泵构成
低温泵的基本构成
氦压缩机
金属软管
泵头
成膜工艺
化学方法 化学气相沉积
物理方法
真空蒸镀
电镀
电解
离子镀
溅射
阳极氧化
等等
分子束外延
等等
光学薄膜真空镀膜技术一般采用物理气相沉积（PVD）技术。
PVD 包括热蒸发、溅射、离子镀等方法。
PVD成膜方式
热蒸发 电阻加热蒸发 电子束蒸发 电子束蒸发+离子辅助蒸镀 溅射 二级直流溅射 磁控溅射 离子束溅射 离子镀 蒸发与溅射结合
低温泵 Cryo-pump
H2O O2, N2, Ar
H2, He, Ne
12 K Arrays w/ Charcoal
Control Module
低温泵原理
什么是低温泵?
利用小型氦制冷机作为冷源，产生10K（263℃)左右的低温，通过冷凝和吸附被抽容器 的气体来获得和保持高真空的设备。
低温泵原理Байду номын сангаас
光学薄膜制备工艺
1.真空系统 2蒸发系统 3控制系统 4厚度监控系统 5辅助系统
真空镀膜系统
OTFC-1300
真空腔室内部图
真空系统
干泵+罗茨泵 • 冷凝泵 • 抽气至8.0E4Pa 大约6分 钟
真空系统
真空在薄膜制备中的作用：减少蒸发分子与残余气体分子的 碰撞，抑制残余气体与蒸发分子之间的反应
（1）机械泵 常见种类：旋片式、定片式和滑阀式。 旋片式，噪音最小，运转速度高（1000转/分），是真 空镀膜常用的机械泵。 主要构成：定子、转子、嵌于转子的两个旋片及其弹簧。 机械泵油的作用：密封、润滑，提高压缩率 机械泵油的要求：低的饱和蒸气压，一定的粘度，较高 的稳定性 机械泵对水气等可凝性气体抽气有困难。当蒸气在腔内 压缩，压强逐渐增大到饱和蒸气压时，水气开始凝结为水， 与机械泵油混合形成一种悬浊液，不仅破坏了密封和润滑， 而且会使腔体生锈。 一般采用气镇泵，在气体未被压缩前，渗入一定量的空 气，协助打开活门，让水蒸气在尚未凝结前排出。
（HL)^15 H
溅射
Sputter coater
RAS-1100B coater
期末报告 典型的LCoS引擎结构
UV/IR滤光片
期末报告
请陈述上述LCOS投影光学引擎中 方框中所使用到的光学薄膜器件 类型（共11个），并将该类型的 具体光学特性要求给出； 请详细给出方框8中X-cube的具 体膜系设计过程和设计结果（设 计材料和设计方法不限）
基板旋转系统
• 镜片悬挂机构
膜厚监控系统
目视法
目视观察薄膜干涉色的变化来控制介质膜 的厚度。常用来控制MgF2单层膜。 一般情况下，目视法常采用反射式，由 于透射式的背景光太亮，使干涉光的对比 度大大下降。往往是固定一个观察角度来 确定膜层的厚度。
光学膜厚控制
电子束蒸镀
属于热蒸发的一种形式 光学膜制备的最常用手段 常常可以配以其它辅助蒸发
一、电子枪的作用 在高真空的环境下，由电子枪发出的高能电子，会聚在 膜料上，轰击膜料表面使动能变为热能,对其加温，使其 熔化或升华。 电子枪蒸发原理：电子的产生—热电子发射 高温金属内部的部分电子获得足够的能量从表面逸出。 发射的电流密度与金属表面的温度有关
电子枪的种类 直式(皮尔斯枪) 电磁偏转式 环枪---电偏转 e枪---磁偏转 直枪与环枪的二次电子的问题 高能电子在轰击材料时，将发射二次电子 一般材料熔点越高，绝缘越好，散射的二次电子越严重； 材料的原子序数越大，轰击引起的二次电子发射越多。 二次电子轰击薄膜会导致膜层粗糙，吸收增加，均匀性变差， 并影响半导体材料的特性。
被吸附的气体分 子
低温泵原理
~15 K ~15 K 65 - 100 K H2O N2 Ar H2 Ne
H2, He和Ne气 体通过这层被 低温吸附
N2、Ar等气体 通过这层被冷 凝
通过这层，水蒸汽 被冷凝，其它气体 被预冷
低温泵原理
H2O 一级 77K冷 板 二级 15K冷 板 N2、O2、Ar H2、He、Ne
真空泵
泵名
机械泵 分子泵 罗茨泵 扩散泵
原理
工作范围 Torr 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
机械里压缩排除气体
靠蒸汽射流携带排除气体
溅射离子泵 钛升华泵
吸附泵 冷凝泵
靠溅射或升华形成吸气、吸 附排除气体
利用低温表面对 气体进行 物理吸附排气
射频离子源工作原理
离子源辅助镀膜（IAD）的作用：
1、填充密度提高：折射率提高 2、波长漂移减少； 3、红外波段的水气吸收减少； 4、增强了膜层的结合力、耐摩擦能力、机械强度、 提高表面光洁度； 5、控制膜层的应力； 6、减少膜层的吸收和散射； 7、提高生产效率
离子清洗
极值法原理是： 利用蒸发过程中出现极值点的次数来控制四分之一波长整 数倍膜层厚度的方法，称为极值法。
由于极值法控制精度较低，可以通过采用 适当的控制技巧或改进方法提高控制精度。 极值法控制有两种方法：一种是直接控制， 即全部膜层自始至终直接由被镀样品进行 控制，不换控制片；另一种是间接控制， 即控制是在一系列的控制片上进行的。