光学薄膜技术-0
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。
光学薄膜的制备及其在光学器件中的应用
光学薄膜的制备及其在光学器件中的应用光学薄膜是一种通过在透明基材上沉积一层或几层具有特定光学性能的材料来实现特定光学功能的技术。
光学薄膜广泛应用在各种光学器件中，如激光器、太阳能电池、液晶显示器等。
在本文中，我们将重点介绍光学薄膜的制备及其在光学器件中的应用。
一、光学薄膜的制备1. 干蒸发法干蒸发法是一种最常用的光学薄膜制备方法。
其原理是将材料加热至高温，使其蒸发并沉积在基材表面。
通常使用电子束蒸发、电弧蒸发和反应式磁控溅射等技术进行干蒸发。
2. 溶液法溶液法是利用金属盐或有机化合物在溶液中形成溶液，再将溶液加热蒸发并沉积在基材表面。
溶液法具有制备大面积、均匀薄膜的优点，但需要严格控制溶液成分和工艺条件。
3. 离子束沉积法离子束沉积法是一种通过将高能离子轰击材料表面而产生剥离原子或分子，从而形成薄膜的方法。
离子束沉积法可以制备高质量的多层膜结构，但需要较高的成本和复杂的工艺条件。
二、光学薄膜在光学器件中的应用1. 激光器光学薄膜在激光器中广泛应用，其中最常见的应用是激光膜。
激光膜是一种具有高反射率、高透过率和低损耗的膜，通常由金属、二氧化硅或氮化硅等材料制成。
激光膜可以将激光束反射或透过，使激光束得到增强或衰减，并被广泛应用于激光器的共振镜、输出镜和半导体激光器的腔体镜等部件。
2. 太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的器件，光学薄膜在太阳能电池中扮演着控制入射光谱和增强光子吸收的重要角色。
通过制备适合的光学薄膜，可以增强太阳能电池对光子的吸收率和光电转换效率，从而提高太阳能电池的性能。
3. 液晶显示器液晶显示器是一种利用液晶材料控制光的传输和反射来显示图像的器件，光学薄膜在液晶显示器中扮演着控制光的偏振和传输的重要角色。
制备具有特定光学性能的光学薄膜可以优化液晶显示器对光的控制，从而提高显示器的图像质量和亮度。
结语光学薄膜制备技术和应用在现代光电器件中起着重要的作用。
通过制备具有特定光学性能的光学薄膜，可以优化光学器件的性能和功能，从而促进光电技术的发展。
薄膜光学与镀膜技术
精品课件
光学薄膜应用
分光镜
中性 分光镜
双色 分光镜
偏振光 分光镜
精品课件
中性分 光镜
双色分光 镜原理图 S
P 偏振分光镜 原理图
光学薄膜应用
截止滤光片
在某波段不透光而相邻的另一波段有很高的透射率的一种光学器件
长波通滤光片
短波通滤光片
实际应用：冷光镜、彩色分光膜等
精品课件
光学薄膜应用
带通滤光片
指某波段域内透射率很高而其两旁透射率甚低的滤光片
精品课件
光学薄膜制作
离子束溅镀
特点：
➢ 制作的薄膜密度高，散射小 ➢膜折射率稳定均匀，膜厚精准 ➢可以配合其他制镀方法，提高制 镀速率 ➢ 增加了控制的自由度
精品课件
光学薄膜制作
离子束助镀
特点：
➢配以蒸镀或溅镀系统，提高镀膜 速率 ➢成膜纯度高，膜变得更缜密 ➢ 光谱特性稳定 ➢提高了膜层折射率的均匀性
利用商品化的分光光度计和光谱分析仪量出穿透率和反射率等
双光路分光光度计
精品课件
光学薄膜制作
非光学特性测量
附着力测试 • 利用黏性较强的胶带一端贴于薄膜上另一端撕拉。
应力测试 • 利用悬臂法作弯曲测试 • 利用干涉仪相位移法测量 组成成分测量 • 利用红外光谱仪观察其分子振荡吸收光谱
结构测量 • 利用穿透式电子显微镜观测纵剖面 • 用扫描式电子显微镜做隔电隔磁屏障以提高解析
精品课件
光学薄膜制作
热电阻加热
特点：
➢ 结构简单、成本低廉、操作方便； ➢ 电阻片加热温度有限，高熔点的
氧化物大多无法蒸镀 ➢ 蒸发速率低； ➢合金或化合物加热会导致分解。 ➢ 膜质不硬，密度不高
薄膜光学技术
全介质滤光片得带宽
如果两个反射膜对称,而且反射率足够高,则
F 4R12 4 (1 R12 )2 T122
2 20 sin1 T12
m
2
当层数给定时,用高折射率层作为最外层将得到最大反射率, 所以,实际上只有两种情况需要考虑、即
G/H(LH)x2L(HL)xH/A G/HLHLHLHL2LHLHLHLHLH/A
3、 全“介质多半波”型
“多半波”就是指膜系中有多个λ0/2 间隔层。 双半波型: G HL2H(LH)2L2HLH G
G LH2L(HL)3H2LHLH A 三半波型: G LHL(LHLHLHLHL)2LHL A 五半波型: G LHL(LHLHLHL)4LHLHL A 特点:
2、 全“介质单半波”型
反射膜/半波间隔层/反射膜
G/ ( HL )m [ k ( 2H ) ] ( LH )m /G G/ ( HL )m H [ k ( 2L ) ] H ( LH )m /G 特点:
a、 A, S 很小, R1 , R2 很高, ∴ T0 ~ 90%
2 0 ~ 1 500
Tmax
T122 (1 R12 )2
T122 (T12 A12 )2
1 (1 A12 / T12 )2
这说明 :反射膜得透射率愈低或吸收、散射愈大,则 峰值透射率愈低、
A+S ~ 0、5% , R ~ 98、8% , T max ~ 50% ; A+S ~ 1% , R ~ 98、8% , T max ~ 30% 、
Y12
nH2 x 1 nL2 x 1
nH2 nG
nH2 X nL2 x 1nG
光学薄膜技术答案
光学薄膜技术答案
光学薄膜技术是一种通过在材料表面上沉积一层或多层薄膜，
以改变光的传播和反射特性的技术。
以下是对光学薄膜技术的详细
解释：
1. 薄膜材料选择：光学薄膜技术使用的薄膜材料通常是具有特
定光学性质的材料，如二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）等。
选择合适的材料取决于所需的光学特性和应用。
2. 薄膜沉积方法：光学薄膜可以通过多种方法进行沉积，包括
物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射沉积等。
每种
方法都有其独特的优点和适用范围。
3. 薄膜设计和优化：在设计光学薄膜时，需要考虑所需的光学
性能，如透过率、反射率、折射率等。
通过调整薄膜的结构和厚度，可以实现特定的光学效果。
优化薄膜设计可以通过计算机模拟和实
验验证来实现。
4. 薄膜应用：光学薄膜技术在很多领域都有广泛的应用，包括
光学镜片、滤光片、反射镜、光学涂层等。
光学薄膜可以改善光学
仪器的性能，提高光学系统的效率和精确度。
5. 薄膜性能测试：对光学薄膜的性能进行测试是确保其质量和
性能的重要步骤。
常用的测试方法包括透过率测量、反射率测量、
折射率测量等。
这些测试可以通过使用专业的光学测量仪器来完成。
总而言之，光学薄膜技术是一种通过在材料表面上沉积特定薄
膜来改变光的传播和反射特性的技术。
它涉及薄膜材料选择、沉积
方法、设计和优化、应用以及性能测试等方面。
这项技术在光学领
域有着广泛的应用，并为光学仪器和系统的性能提供了重要的改进
和优化。
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。
光学薄膜技术及其应用
光学薄膜技术及其应用张三1409074201摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。
关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备引言：光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。
光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。
本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。
正文：1.光学薄膜的原理光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。
一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。
该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。
2.光学薄膜的性质及功能光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。
依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。
不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。
3.传统光学薄膜和新型光学薄膜3.1传统光学薄膜传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。
光学薄膜与技术
２ 会议报告 内容
本次大会共收到 １ １ ７ 篇报告 ， 其 中邀请报告 ２ ４ 篇、 口头报告 ６ ２ 篇、 张贴报告 ３ １ 篇。报告 内容涉及 膜系设计 、 薄膜材料 、 沉积技术 、 监控 、 测试与表征 、
之一。浙江大学信息学部 主任刘旭教授 出任本 次 大会 的主席 ， 并为大会开幕和闭幕致辞 。 Ｓ ｖ ｅ ｔ ｌ ａ ｎ ａ Ｄ ｌ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｈ博 士 、英 国 西 苏 格 兰 大 学 Ｆ ｒ ａ ｎ ｋ 大会聚集 了国际上从 事光 学薄膜研究机构 的 Ｐ ａ ｌ ｃ ｉ ｄ ｏ 教授 、 同济大学王 占山教授 、 天津 ８ ３ ５ ８ 所季 学术负责人或研究 骨干 ， 来 自欧洲 、 北美和亚洲 １ Ｏ 多个 国家的 ２ ０ ０多名代表（ 境外约 ６ Ｏ 人） 参加 了会
州召开。此次会议 由浙江大学现代光 学仪器 国家 重点实验室和中国光 学学会 光学薄膜 专委会 联合 主办 ， 浙江省科协和 同济大学协办 。“ Ｆ Ｏ Ｃ ２ ０ １ ２ ” 是 在 中国举办的最高层 次的光学薄膜研讨会 ，也 是
国际 上 该 领 域 内规 模 最 大 、水 平 最 高 的 学术 会 议
议 。出席大会 的既有 光学薄膜领域 的 国际资深权 威， 如 美 国亚 利 桑 那 大 学 Ａ ｎ ｇ ｕ ｓ Ｍａ ｃ ｌ ｅ ｏ ｄ教授 、 加 拿 大国家研究院 Ｇ ｅ ｏ ｒ ｇ ｅ Ｄ ｏ ｂ ｒ ｏ ｗ ｏ ｌ ｓ ｋ ｉ 博士 、 德国夫琅和 费应用光学与精密机械研究所 Ｎ ｏ ｒ ｂ ｅ ｒ ｔ Ｋ ａ ｉ ｓ ｅ ｒ 教授 、 俄罗斯莫斯科 大学 Ａ ｌ ｅ ｘ ａ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｔ ｉ ｋ ｈ ｏ ｎ ｒ ａ ｖ ｏ ｖ 教授 、 美 国 Ｗｉ Ｕ ｅ ｙ 光学公司 的 Ｒ ｏ ｎ Ｗｉ ｌ ｌ ｅ ｙ 等， 也有 目 前处于 光学薄膜一线研究工作的顶级学者 ，如美国 Ｊ Ｄ Ｓ Ｕ （ 原Ｏ Ｃ Ｌ Ｉ ） 公司 Ｍ ａ ｒ ｋ ｕ ｓ Ｔ ｉ ｌ ｓ ｃ ｈ 博士 、 德国汉诺威激光 中心 Ｄ ｅ ｔ ｌ ａ ｖ Ｒ ｉ ｓ ｔ ａ ｕ博 士 、法 国 国家科学研究 中心 Ｃ ｌ ａ ｕ ｄ ｅ Ａ ｍ ｒ ａ教授 、澳 大 利 亚 科 学 与工 业 研究 组 织
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 (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。
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。
光学薄膜的分类
• 按应用分为： 反射膜 • 增透膜 • 滤光膜 • 光学保膜 • 偏振膜 • 分光膜 • 位相膜
• 表面光滑，膜层之间的 界面呈几何分割
• 膜层的折射率在界面上 可以发生跃变，但在膜 层内是连续的
光学薄膜技术的最新进展
光学薄膜技术的最新进展光学薄膜技术是一门涉及光学、物理、材料科学等多个领域的交叉学科，近年来随着科技的不断发展，光学薄膜技术也取得了许多重要的突破和进展。
本文将就光学薄膜技术的最新进展进行探讨，介绍一些新的技术和应用，展望未来的发展方向。
一、多功能光学薄膜材料的研究随着人们对光学器件性能要求的不断提高，传统的光学薄膜材料已经不能完全满足需求。
因此，研究人员开始着手开发具有多功能性能的光学薄膜材料。
这些材料不仅具有优异的光学性能，还具备其他特殊功能，如抗污染、抗划伤、防紫外线等。
通过在材料表面引入特殊的功能性分子或纳米结构，可以赋予光学薄膜材料更多的特性，提高其在实际应用中的稳定性和耐用性。
二、纳米光学薄膜的制备技术纳米技术的发展为光学薄膜技术带来了新的机遇。
利用纳米技术制备的纳米光学薄膜具有更高的光学性能和更广泛的应用领域。
通过控制纳米结构的形貌和尺寸，可以调控光学薄膜的光学性质，实现对光的吸收、透射和反射的精确控制。
同时，纳米光学薄膜还具有更好的光学均匀性和稳定性，能够有效减小光学器件的色散和损耗，提高其性能和可靠性。
三、光学薄膜在光学器件中的应用光学薄膜在光学器件中有着广泛的应用，如反射镜、透镜、滤光片等。
随着光学器件对性能要求的不断提高，光学薄膜技术也在不断创新和发展。
近年来，一些新型光学器件如光子晶体、纳米光栅等开始受到关注，这些器件对光学薄膜的性能和稳定性提出了更高的要求。
因此，研究人员在光学薄膜的制备工艺、材料选择和性能优化方面进行了大量的研究，取得了许多重要的成果。
四、光学薄膜技术在光通信领域的应用光通信作为一种高速、大容量的通信方式，对光学器件的性能要求极高。
光学薄膜技术在光通信领域有着重要的应用，如光纤通信、激光器、光学放大器等。
近年来，随着5G通信的快速发展，光通信技术也得到了迅速推广，对光学薄膜技术提出了更高的要求。
研究人员通过优化光学薄膜的设计和制备工艺，提高其在光通信器件中的性能和可靠性，推动了光通信技术的进步和发展。
《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
光学薄膜资料
02
介质膜材料
• 氧化铝、氧化锆、氟化镁等
• 具有高透射率、低损耗等特点
• 常用于透射膜、增透膜等
03
复合膜材料
• 金属与介质材料的复合
• 可以实现多种光学性能的兼容
• 常用于抗反射膜、波长选择膜等
光学薄膜在光学仪器中的应用
镜头
⌛️
• 减少反射损耗，提高成
像质量
• 增加透光率，提高光能
利用率
• 实现特定功能，如偏振
光学薄膜：原理、应用与制造技术
DOCS SMART CREATE
CREATE TOGETHER
DOCS
01
光学薄膜的基本概念与原理
光学薄膜的定义与分类
光学薄膜的定义
• 是一种具有特定光学性能的薄膜材料
• 可以通过控制薄膜的厚度、折射率等参数来实现特定的光学效果
• 在光学系统中起到重要作用，如提高成像质量、降低损耗等
常见失效模式
• 膜层脱落：薄膜在使用过程中，膜层与基材分离
• 裂纹：薄膜表面或内部出现裂纹，影响薄膜性能
• 腐蚀：薄膜在使用过程中，受到环境因素的影响，发生腐蚀
原因分析
• 制备工艺问题：如沉积过程中的温度、压力等参数控制不当
• 材料选择问题：如材料本身的稳定性、耐腐蚀性等性能不足
• 使用环境问题：如环境湿度、温度、紫外线等环境因素的影响
• 折射率仪：用于测量薄膜的折射率
估薄膜的可靠性
• 表面形貌仪：用于测量薄膜的表面形貌
光学薄膜的性能指标与评估方法
性能指标
• 透射率：光线通过薄膜的强度与入射光强度的比值
• 反射率：光线在薄膜表面反射回原方向的强度与入射光强度的比值
• 折射率：光线在薄膜中传播时，光线的传播方向与薄膜法线之间的夹角与入射角
薄膜光学PPT课件
Sol-Gel是一种制备光学薄膜的新方法，具有工艺简单、成本低等优点。该方法制备的薄 膜具有纯度高、均匀性好等优点，可广泛应用于各种光学器件的制造。
在新能源和光电器件中的应用前景
太阳能光伏电池
光学薄膜在太阳能光伏电池中有着广泛的应用，如减反射膜、抗反射膜等。通过使用高性能的光学薄膜，可以提高光 伏电池的光电转换效率和稳定性。
散射类型
瑞利散射、米氏散射、拉 曼散射等。
散射强度
与波长、散射颗粒或分子 的尺寸、形状和折射率有 关。
光的吸收和反射
光的吸收
光波通过介质时，能量 被介质吸收转化为热能 或其他形式的能量的现
象。
吸收系数
表示介质对不同波长光 的吸收能力，与物质的
性质和浓度有关。
反射现象
光波在介质表面发生方 向改变的现象，可分为
光电探测器
在光电探测器中，光学薄膜可以起到保护、增强光信号的作用。高性能的光学薄膜可以提高探测器的响应速度、灵敏 度和稳定性。
激光器
在激光器中，光学薄膜可以起到调制激光输出、提高激光质量的作用。新型的光学薄膜材料和制备技术 可以推动激光器技术的发展，为新能源和光电器件的应用提供更广阔的前景。
THANKS
干涉仪测试的原理基于光的干涉现象，通过将待测薄膜放置在干涉仪中，与标准参 考膜片进行干涉，通过测量干涉图谱的变化来计算薄膜的光学常数。
分光光度计测试
分光光度计测试是一种通过测量 光的吸收光谱来分析物质的方法， 广泛应用于薄膜的光学性能测试。
分光光度计测试可以测量薄膜的 吸收光谱、反射光谱和透射光谱， 从而获得薄膜的折射率、反射率、
新型制备技术的探索
化学气相沉积（CVD）
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。
光学薄膜的原理和用途
光学薄膜的原理和用途光学薄膜是一种由多层材料组成的光学元件，其工作原理是利用材料的不同折射率和反射率，控制不同波长的光线在薄膜中的传播和反射。
它广泛应用于激光器、显示器、太阳能电池等领域。
一、光学薄膜的原理光学薄膜的原理是基于电磁波在介质中传播的性质。
当电磁波穿过介质边界时，会发生反射、透射和折射等现象。
这些现象与介质的折射率、反射率、入射角、波长等参数有关系。
光学薄膜利用了这些参数不同的特点，通过多层薄膜的组合来控制波长和相位的变化，以达到特定的光学性能。
基本的光学薄膜结构由几个不同折射率的层组成，其中高折射率层与低折射率层间相互堆积。
在其工作原理中，高折射率的层可以起到反射光线的作用，低折射率层可以控制光线的传播和相位的变化。
光学薄膜的厚度通常不到光的波长的1/4，这样可以形成光的干涉作用，实现特定波长范围内的衍射和反射。
薄膜的折射率决定了反射的强度和相位变化的大小，因此不同类型的薄膜需要不同的材料作为构成元件。
二、光学薄膜的用途光学薄膜广泛应用于各种光学器件中，包括滤光镜、反射镜、折射镜、透镜等。
以下是几种常见的光学薄膜应用。
1. 滤光镜滤光镜是一种可以选择性过滤掉某些波长的光线的光学元件。
滤光镜的原理就是利用光学薄膜的多层组合结构，对特定波长的光线进行反射或衍射，从而实现波长的选择性过滤。
滤光镜通常用于医学、电子、摄影等领域。
2. 反射镜反射镜是光学薄膜的另一种应用。
反射镜的原理是利用介质边界的反射现象，将入射光线反射回去，从而实现将光线在一个方向上聚焦或成像的功能。
反射镜通常用于望远镜、显微镜、激光器及激光打印机等领域。
3. 折射镜折射镜是利用光线在介质之间折射的现象制成的光学元件。
折射镜的原理同样是通过多层薄膜的组合来控制波长和相位的变化，以达到折射光线的效果。
折射镜通常用于显微镜、望远镜等成像设备。
4. 透镜透镜是利用透明介质对光线的折射和反射的现象来实现成像的光学元件。
透镜通常用于相机、显微镜、望远镜等成像设备中。
薄膜光学技术_第02章 01 减反射膜
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例如：
K9/MH1H2H3L/A nM=1.63, nH1=1.95, nH2=2.32, nH3=1.87,NL=1.38
nH1=1.95 nH3=1.87
0.379H20.215L0.379H2 0.288L0.384H20.288L
光学薄膜技术
Optical thin films and Technology
第二章 光学薄膜膜系设计及其应用
1
第二章：光学薄膜膜系及其应用
第一节 减反射膜 第二节 高反射膜 第三节 中性分束膜 第四节 干涉截止滤光片 第五节 带通滤光片 第六节 偏振分光膜
2
薄膜的分类及用途
3
薄膜的分类及用途
n3=1.71
n3=1.62
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3.四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. 优化三层母膜系G/M2HL/A中每层膜的折射率和 厚度，直至满足要求；可能出现现有膜料无法实 现的问题。 b. 以G/M2HL/A 为母膜系，将折射率设为定值， 调整膜层的厚度，并允许增加膜层层数，直到满 足要求。可能出现层数多以及极薄层的问题。
7
单层AR膜的光谱特点：
a. 对常用的多数
基底材料，满
单层减反射膜 G/L/A
1.52/1.38/1
足 n1 n0 nS 的膜料并不存
在，所以Rmin 0
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，
光学薄膜原理
光学薄膜原理光学薄膜是一种涂在光学器件表面上的非常薄的多层膜，通常是在光学玻璃或晶体表面上涂覆几个纳米到几微米的金属或非金属层。
光学薄膜的厚度和层数特别设计，以在某些波长范围内增加或减少光的反射和透射，以及提高光的吸收率。
光学薄膜的原理基于反射，透射和折射三种现象。
根据波长和入射角度，光学薄膜可以表现出很多种不同的光学行为，其中最常见的是反射和透射。
在垂直于薄膜表面的入射光照射下，一层反射薄膜能将反射率降低到非常低的水平。
这是通过透过光学薄膜的所有层的路径相位差的积累来实现的。
如果每一层的厚度和层数都精确地计算，可以实现非常低的反射率，通常低至不到0.1%。
这种现象可以被应用于抗反射涂层，例如在光学镜片或相机镜头上。
在成一个角度较小的入射角度下，光学薄膜可以表现出衍射现象。
一个光波在通过不同厚度和折射率的材料时会被分散成不同的衍射项，导致干涉和衍射，出现各种颜色的效果。
这可以被利用于制作光学过滤器，例如彩色滤光片。
对于一个给定的结果。
它可以被描述为一组涂敷在基板上的材料层，利用相位和振幅的特性来改变光的行为。
在一组入射光中，当光通过多层薄膜的第一层时，由于其厚度的原因，它被反射一定幅度的相位。
当反射的光线返回时，它再次穿透薄膜，沿着相对薄膜的距离再次反射。
当穿过每一层薄膜时，反射及折射在光的路径上反复进行，会形成一种相互干涉的效应，在某些波长范围内，能将反射率降低到比天然的镜面反射率还要低。
利用相位差和振幅特性的其他方法，例如应用于制造光学带通滤波器，光学波长选择器，光学频分复用器，光学补偿器，拉曼滤波器和荧光传感器等。
光学薄膜的原理基于光的反射、透射和折射，通过特别设计的厚度和层数，达到增加或减少光的反射和透射的效果，还可以实现色彩分离和过滤等功能，具有广泛的应用前景。
光学薄膜还可以被利用于制造光学镜片和光学器件。
做为一种透明的多层膜覆盖物，光学薄膜可以使光束沿着特定的路径进入和离开玻璃或晶体，这种技术可以用于制造光学透镜或棱镜。
光学薄膜制备工艺及其应用
光学薄膜制备工艺及其应用随着科技的进步，光学薄膜作为一种重要的光学元件在现代产业中应用越来越广泛。
它不仅可以用于制作各种光学滤光片、反射镜、分束器等光学仪器，还可以应用于热保护、光学显示、生物医疗等领域。
本文将介绍光学薄膜制备工艺及其应用。
一、光学薄膜制备工艺1.1 光学薄膜概述光学薄膜是指厚度小于波长的光学透明薄膜，通常由两种或多种材料交替沉积制成。
光学薄膜的主要特征包括反射率、透过率、折射率等参数，这些参数可以通过薄膜的设计、材料的选择和沉积工艺的优化来得到。
1.2 制备工艺在光学薄膜的制备过程中，主要分为物理气相沉积法和化学气相沉积法。
前者主要包括电子束蒸发、磁控溅射、离子束镀等工艺，后者包括化学气相沉积、溶胶-凝胶法、溅射-化学沉积等工艺。
以电子束蒸发为例，其工作原理是将被蒸发的材料靠近电子束，使其升华并沉积在基片上形成薄膜。
通过控制电子束和离子束的强度和角度，可以调节薄膜的厚度、折射率和反射率等参数。
电子束蒸发的优点是加热均匀、蒸发速率快、生长速度快等，但也有一些缺点，如易受杂质污染、器件复杂、后处理等。
1.3 工艺优化光学薄膜制备的关键在于工艺优化。
其中，关键的技术参数包括材料的选择、离子束和电子束的加速电压和功率、气体流量等等。
只有通过对这些参数的优化，才能够得到质量稳定的光学薄膜。
二、光学薄膜应用2.1 光学滤光片光学滤光片是一种光学器件，具有在特定波长范围内衰减光线的特性。
在摄影、电子显示屏、检测、分析等领域中广泛应用。
典型的光学滤光片有紫外线滤镜、红外线滤镜、红外线吸收滤镜等。
2.2 反射镜反射镜是一种镜面可以反射光线的光学器件。
主要应用于激光系统、光学显微镜、激光打标等领域。
反射镜的表面通常是一层金属薄膜，如铝膜、银膜等。
2.3 分束器分束器是一种光学器件，可将一束光分成两束或多束，每束光具有不同的折射率、反射率或透过率。
主要应用于激光标记、光学干涉、光纤通信等领域。
分束器的基本结构通常由多个交替沉积的光学薄膜组成。
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主要膜系设计软件
1. Autofilm 2. TFC 3. Macleod
4. Optilayer
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★光学薄膜的发展历史
★光学薄膜的应用
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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。
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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
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在今天，光学薄膜技术已经成为现代光学技 术中不可缺少的一个重要组成部分。没有任何 一个光学系统里不使用光学薄膜。
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什么是光学薄膜？
“薄膜”——附着于“基底”、且与基底不同质的非自持性涂层。
可以用三个常用的英文来形象的解释：
Optical thin films 通常意义的光学薄膜； Optical coatings 一般来讲是指敷于光学玻璃、 塑料、晶体等基底上的薄膜；覆盖、包裹物、涂层
第16页
光学薄膜在光学系统中的作用：
提高光学效率、减少杂散光。如高效减反射薄膜、 高反射薄膜。
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，提高系统的信噪比。如窄 带或带通滤光片、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. “A treatise on electricity and magnetic” was published by Maxwell in 1873.
第12页
5. Diffusion pump made it possible for thin film process in 1930. 6. Geffeken produced the first thin film metaldielectric interference filter by PVD(1951).
Optical layers 光学薄膜的一个特点是分层结构； “膜系”、“膜堆”。
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Why thin and not thick films?
光学薄膜的光学性能集中表现为薄膜界面的分振幅多光束干涉能力。
能有效应用的干涉厚度，可称薄膜； 薄还是厚取决于波长，而不是实际厚度。
第11页 光学薄膜 —— 薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系——干涉薄膜。
7. The first He-Ne laser was developed in Bell Tel. Lab. In 1960,which was because of the low loss high reflectors. 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.
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
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本课程的内容构架
薄膜设计基本理论 光学特性计算：导纳矩阵 减反射膜 光 学 薄 膜 技 术 高反射膜 光学薄膜基本种类 截止滤光片 带通滤光片 偏振分束膜 消偏振膜 薄膜制造技术 薄膜制造工艺 薄膜材料及其性质 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
光学薄膜技术
Optical thin films and Technology
西安工业大学
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主要内容：
绪论 第一章：薄膜光学特性计算基础
研究范畴及内容：
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。
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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 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。
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光学薄膜可分成两大部分，
第一部分是光学干涉薄膜
第二部分是光学波导薄膜及其相应器件
前者的特点是光横穿过薄膜而进行传播；后者 的特征是光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播， 对于光学薄膜，在一块基片上沉积五、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。
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3. Applications
光在通过分层媒质时，来自不同界 面的反射光、透射光在光的入射及反射 方向产生光的干涉现象，人们正是利用 这种干涉现象，通过改变材料及其厚度 等特性来人为的控制光的干涉，根据需 要来实现光能的重新分配。
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光学薄膜种类:
1.减反射膜 Antireflection coatings 2.高反射膜 High-reflectance coatings 3.中性分束膜 Neutral beam splitters 4.截止滤光片 Edge filters 5.带通滤光片 Band-pass filters 6.偏振分光膜 Polarizing beam splitters 7.相位膜 Phase coatings
2. Developmental History of optical thin films
1. ”Newton’s rings” was discovered in 17th century, which is called “modern thin film optics”.
2. Faunhofer had made the first AR coating by chemical method in 1817 . 3. Fresnel produced the laws of reflection and refraction in 1832.
薄膜特性测试
非光学特性测试 第3页
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； 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抛砖引玉的作用； 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。
第5页
主要参考文献
1. H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters , Bristol & Philadelphia, 2001 2.麦克劳德，光学薄膜从设计到制造，2003，（讲座报告） 3.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 4. 唐晋发，郑权，应用薄膜光学，科学技术出版社，1986 5. 唐晋发，顾培夫，薄膜光学与技术，机械工业出版社,1989 6. 李正中，薄膜光学与镀膜技术，艺轩图书出版社 , 2001 7. 林永昌，卢维强，光学薄膜原理，国防工业出版社 ,1990 8. 顾培夫，薄膜技术，浙江大学出版社，1990 9.H.K.Pulker, Coating on Glass, Elsevier ,1984 10. 严一心，林鸿海，薄膜技术，兵器工业出版社，1994