多层介质膜干涉滤光片的镀制

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光学镜片的镀膜原理

光学镜片的镀膜原理
光学镜片的镀膜原理是利用光的干涉现象来实现的。

镀膜是在光学元件表面上沉积一层光学薄膜，通过改变薄膜的厚度和折射率来控制光的传播和反射，从而实现对光的特定波长的增强或减弱。

镀膜的原理可以分为两种情况：
1. 单层膜镀膜
单层膜镀膜是在光学元件表面上镀一层薄膜，该薄膜的厚度和折射率被精确控制，以实现对特定波长的光的反射或传播。

当光从介质A（一般是空气）入射到介质B（光学薄膜）时，其中一部分光会被该薄膜反射，另一部分光会穿过薄膜进入介质B。

通过调节薄膜的厚度和折射率，可以使得某一特定波长的反射光强度最大，而其他波长的光强度较小。

这样就实现了对该特定波长的光的增强或减弱。

2. 多层膜镀膜
多层膜镀膜是在光学元件表面上镀多层薄膜，每层薄膜的厚度和折射率不同，通过构建不同厚度和折射率的薄膜层，可以产生光的干涉效应。

通过精确设计薄膜层的结构，可以实现对特定波长范围内的光的增强或减弱。

多层膜镀膜可以同时实现多个波长范围的光的增强或减弱，因此在光学器件中得到广泛应用，如反射镜、透镜等。

总的来说，光学镜片的镀膜原理是通过控制薄膜的厚度和折射率来实现对特定波
长的光的增强或减弱，利用光的干涉现象来控制光的传播和反射。

干涉滤光片的渡制

光学多道与氢氘光谱摘要本实验应用真空镀膜机和双光束紫外和可见光分光光度计的实验装置，采用热蒸发的方法在玻璃基片上制作多层介质的干涉滤光片，以及采用极值法进行膜厚监控，镀制了一块多层介质膜法布里—珀罗型干涉滤光片；测量了其参数如滤光片的峰值波长峰值透过率和半高宽以及滤光片的透射特性曲线。

实验镀制的滤光片的峰值波长为690.22nm，峰值透过率为87.8%，相对半宽度为6.3%，滤光片的透射特性曲线如附页所示。

关键词干涉滤光片透射率有效导纳真空镀膜机分光光度计一、引言自然界中有许许多多美丽的观赏效果都是与透明膜层的反射光波的折射有关。

从发现薄膜的干涉色彩现象起，特别是1930年真空蒸发设备出现以后，人们对薄膜科学技术进行了大量的研究，现在可用各种各样的方式将具有不同折射率的多次介质薄膜沉积在玻璃基片或金属基片上，以达到控制光的目的，如减光膜、反射镜和光学滤光片等。

光学薄膜在日常生活、供应和科学技术等许多领域用着重要的应用。

在光学薄膜技术中，多层多周期的光学薄膜最为突出，而再带干涉滤光片则是这一技术中最主要的应用之一，它是将宽带光谱变为窄带光谱的光学元件。

一种典型的干涉滤光片是在玻璃基片上镀制“银—介质—银”三层膜，前后两次银膜构成两个相互平行的高反射率板。

银层反射率的主要作用是决定了法布里—珀罗型干涉腔的精细常数。

因银层具有很强的吸收，用银作反射层的“金属—介质”干涉滤光片的透射率很难高于40%。

而用多层透明介质膜构成的高反射率膜板代替银层构成的干涉滤光片能弥补这一缺点，可使峰值透过率高达80%以上，这就是全介质型干涉滤光片。

光学滤光片在与光学应用技术有关的各个学科技术领域中起着重要的作用。

随着真空镀膜技术的发展，法布里—珀罗型的干涉滤光片得到了真正的巨大发展，使得我们可能在任何一个光谱区内获得窄带的、具有良好透射比的优异光学质量的滤光片。

它在光学、光谱线、光通信、激光以及天文物理学等许多领域得到了广泛的应用。

镜头多层镀膜技术的原理

镜头多层镀膜技术的原理、发展和使用概况一、防反射膜层（增透膜）的作用在自然界极易见到称为膜层的现象，例如水面上扩展的油膜层，肥皂泡产生的有美丽色彩和光泽的泡沫。

这些与透镜表面的带色泽膜层有类似之处，但透镜表面是用人工方法镀制的膜层。

装在照相机上的摄影用镜头，一般要进行防反射膜处理。

除照相机镜头外，望远镜、双筒显微镜、眼镜，还有航空光学仪器和汽车的计数盘表面玻璃等也有同样的要求，今日，薄膜加工技术已获得广泛使用。

这种防反射膜，也称增透膜，其作用是尽量抑制透镜的玻璃表面反射，减小光量损失，使入射光线尽量多透过镜头。

镀膜也取决于处理主法，有特定的分光特性的半透镜和干涉滤光镜等，在取景器光学系统和光源的照明系统中得到使用。

当然，初期的照相机和现代的摄影镜头都镀有薄膜，单个透镜组成的镜头、两个反射面，共有10%光量损失，从照相机初期的水准，考虑镀制防反射膜似乎是不必要的。

二、重新评价多层镀膜镜片镀膜工艺的目的，首先是透镜的防反射作用，现在仍作为主要目的，随着加工技术的进步和使用范围不断扩大，产生了高度技术化的多层膜技术，分光透过的控制相当准确，操作方便，使用得到普及。

对多层镀膜的性能提出高要求，会使成本提高。

厂商为了提高镜头像质的课题注入大量经费，其效果是明显的，可以这么说，没有多层镀膜技术飞跃发展，高倍、大孔径变焦镜头不可能有今天的兴旺局面。

防反射的膜层能产生增透效果，此外，还有更直接的作用，这就是在逆光摄影时，由于膜层影响，使易产生的幻像和光晕降低到最小程度。

最近多组透镜构成的变焦镜头已成世界镜头发展的主流，采用多层镀膜，到达胶片面的光线，其衍生的杂散光部分大大减小，使镜头鉴别率不至于降低，也不损坏色彩还原，重新评价经改进的膜层，研制在各种镜头中引入最适宜的镀膜最新技术，是各厂家一直研究的重要课题。

单层膜、多层膜，部分透镜面镀多层膜，超级多层膜……形形色色的组合和新型膜系使用，对镜头发展起了重要作用，重新认识多层镀膜，已引起了广大摄影师的广泛兴趣和关注。

镀制双层增透膜的原理

镀制双层增透膜的原理镀制双层增透膜是一种通过在光线传播路径上加强光的透射，减弱反射的技术。

它可以应用于太阳能电池板、LED显示屏、眼镜镜片等多个领域，以提高光学设备的效能。

下面我们将详细介绍镀制双层增透膜的原理。

镀制双层增透膜的原理基于光的干涉现象和薄膜的光学性质。

在介质的表面上镀有一层薄膜，在光的传播路径上形成了一个光学多层膜结构。

这个结构可以通过反射和透射来控制光的传播，以达到增透的效果。

首先，我们需要了解一下光的干涉现象。

当光传播到不同介质之间的界面时，一部分光被反射，另一部分光被透射。

反射光和透射光在相遇时会发生干涉现象。

干涉可以是构成增强或减弱的结果，这取决于光的波长和介质的性质。

一般来说，当波长为λ的光在介质之间传播时，如果两束光的光程差为整数倍的λ，即满足相长干涉条件，那么两束光就会相长干涉，增强透射光的强度。

而当光程差为半整数倍的λ，即满足相消干涉条件，两束光就会相消干涉，减弱透射光的强度。

在镀制双层增透膜过程中，通过精确控制薄膜的厚度和折射率，使得透射光和反射光之间的干涉达到相长干涉条件，从而增强透射光的强度。

镀制双层增透膜通常由两层薄膜构成。

第一层薄膜是高折射率材料，第二层薄膜是低折射率材料。

在光的传播路径上，当光从空气或其他介质中入射到第一层薄膜表面时，一部分光被反射，另一部分光被透射。

透射光进入第一层薄膜，一部分光被反射，另一部分光被透射。

透射光再次进入第一层薄膜，如此往复。

通过精确控制第一层薄膜的厚度和折射率，使得其中一部分透射光和反射光之间的干涉满足相长干涉条件，增强透射光的强度。

然后，由于第一层薄膜是高折射率材料，透射光达到第一层薄膜与第二层薄膜的界面时，一部分光被反射，另一部分光被透射。

透射光进入第二层薄膜，一部分光被反射，另一部分光被透射。

透射光再次进入第二层薄膜，如此往复。

通过精确控制第二层薄膜的厚度和折射率，使得其中一部分透射光和反射光之间的干涉满足相长干涉条件，增强透射光的强度。

镜片镀膜原理

镜片镀膜原理
镜片镀膜是一种将特定材料沉积在镜片表面以改变其光学特性的过程。

镀膜的目的是增强光的透射，减少反射，提高镜片的光传输效率。

镀膜的原理基于干涉和多层膜的构成。

干涉是当光线通过不同介质界面时发生的光波叠加现象。

在光线穿过透明薄膜层时，光波会发生干涉并导致部分光线被反射，而另一部分则会被透射。

通过适当选择薄膜的厚度和折射率，可以控制反射和透射的比例。

多层膜涂层是通过在镜片表面沉积多层不同材料的薄膜来实现的。

每一层膜的厚度和材料的选择都是根据所需的光学性能进行设计的。

通常，涂层被分为两种类型：光学膜和干涉膜。

光学膜主要用于改善镜片的耐磨性和耐久性，而干涉膜用于控制光的反射和透射。

在膜层的制备过程中，通常使用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法。

在PVD中，原料材料会被加热到蒸发或溅射，并通过磁控溅射、电子束蒸发等方法将它们转化为气态。

然后，这些气体会沉积在镜片表面形成膜层。

在CVD中，气态的反应物会通过热化学反应在镜片表面形成沉积物。

通过在镜片表面沉积适当厚度和折射率的膜层，可以实现反射率低和透射率高的镜片。

这种抗反射涂层可以大大减少镜片表面的反射，并使光线更容易穿过镜片，提高图像的清晰度和亮
度。

总而言之，镜片镀膜的原理基于干涉和多层膜的构成，通过在镜片表面沉积适当薄膜层，可以控制光的透射和反射，提高镜片的光学性能。

多层介质膜干涉滤光片的镀制

多层介质膜滤光片的镀制【摘要】本实验通过机械泵和油扩散泵的先后使用，将真空镀膜机抽成真空。

再在高真空条件下，采用λ/4极值法控制光学厚度的方法，基底为玻璃、高反射率材料为硫化锌（ZnS)、低反射率材料为冰晶石（Na3AlF6），利用蒸发法镀制膜系为（HL)32H(LH)3的干涉滤光片。

最后利用TU-1221双光束紫外和可见光分光光度计绘制T-λ曲线，得到干涉滤光片的波长为648nm，与理论值632.8nm的相对误差为2.4%，半宽高为42nm【关键字】高真空镀膜干涉滤光片λ/4极值法光学薄膜检测一、引言自然界中许多美丽的景物，如蝴蝶翅膀、孔雀羽毛以及肥皂泡沫等，他们的观赏效果都与透明膜层内反射光波的干涉有关。

从发现薄膜的干涉色彩现象起，特别是1930年真空蒸发设备出现以后，人们对薄膜科学技术进行了大量研究。

在光学薄膜技术中，多层多周期的光学薄膜最为突出，而窄带干涉滤光片则是这一技术的最主要应用之一。

一种典型的干涉滤光片是在玻璃基片上镀制“银-介质-银”三层膜，前后两银膜构成两个相互平行的高反射率板。

若n为间隔层介质折射率，d为该层几何厚度，则间隔层的光学厚度nd决定了滤光透射峰值0 。

银层的反射率的主要作用是决定了法布里-珀罗干涉强的惊喜常数，从而对滤光片的峰值透过率TM和半宽度Δλ产生影响。

因银层具有很强的吸收，用银座反射层的“金属-介质”干涉滤光片的透射率很难高于40%，而用多层透明介质膜构成的高反射膜板代替银层构成的干涉滤光片能弥补这一缺点，可使峰值透过率高达80%以上二、原理1、真空技术“真空”是指气压低于一个大气压的气体状态。

在真空状态下，单位体积中的气体分子数大大减少，分子平均自由程增大，气体分子之间、气体分子与其他粒子之间的相互碰撞也随之减少。

这些特点被广泛应用于科学研究和生产的许多领域中，例如：电子器件、大规模集成电路、加速器、表面物理、热核反应、空间环境模拟、真空冶炼和真空包装等。

多层介质滤光片的制备及激光损伤特性

多层介质滤光片的制备及激光损伤特性杭良毅;徐均琪;宋岩峰;苏俊宏;基玛·格拉索夫【摘要】为了获得具有较高激光损伤阈值的短波通截止滤光片,使用TFCalc膜系软件设计了多层膜的光谱曲线和电场强度曲线,采用电子束热蒸发技术在K9基底上制备了LaTiO3/SiO2组合膜堆的滤光片,通过激光辐照预处理工艺尝试提高多层膜的激光损伤阈值(LIDT),测试并讨论了激光预处理对滤光片LIDT的影响.研究结果表明:通过分析滤光片的电场强度,得到优化后的膜系是G|(HL)10 H0.5L|A,制备后滤光片的LIDT为11.7 J·cm-2(1064 nm,10 ns);当辐照激光能量为滤光片LIDT的80%时,辐照后滤光片的LIDT为14.3 J·cm-2(1064 nm,10 ns),较原值提高22.2%;当辐照能量为80%,采用不同辐照次数实验时,发现辐照3次后滤光片的LIDT为16.1 J·cm-2(1064 nm,10 ns),较原值提高了37.6%.激光预处理后滤光片的表面粗糙度都有下降的趋势.%For coating a short-wavelength pass filter with higher laser-induced damage threshold (LIDT),the transmittance and electric field intensity (EFI)plot of filter are designed by a TFCalc software.The filter which made of LaTiO3/SiO2 is prepared on K9 substrate by electron beam ser pre-treatment methods to improve filter's LIDT are studied.The results show:Based on the filter's EFI,the filter's film stack isG|(HL)10H0.5L|A.The LIDT is 11.7 J·cm-2(1064 nm, 10 ns).When the filter is irradiated by 80% of original filter's LIDT,the new filter's LIDT is 14.3 J· cm-2 (1064 nm,10 ns),22.2% higher than that of an original one.When the filter is irradiated 3 times, the new filter's LIDT is 16.1 J·cm-2(1064 nm,10 ns),37.6% higher than that of an original one.And the filter's surface roughness is decreased after the laser pre-treatment.【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2016(036)012【总页数】7页(P947-953)【关键词】短波通滤光片;LaTiO3/SiO2;激光损伤阈值;激光预处理【作者】杭良毅;徐均琪;宋岩峰;苏俊宏;基玛·格拉索夫【作者单位】西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安 710021;西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安 710021;西安现代控制技术研究所,西安 710065;西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安 710021;白俄罗斯国立信息与无线电电子大学,明斯克 220013【正文语种】中文【中图分类】TN205;O484短波通滤光片可以实现一部分光透过，一部分光截止的光学特性，被广泛应用于各式各样的光学系统中.存在于激光系统中的多层介质滤光片，由于其较差的抗激光损伤能力，已成为限制高能激光发展的瓶颈[1-2].随着高功率激光器地不断研发，对光学薄膜激光损伤阈值(Laser-Induced Damage Threshold,LIDT)的研究亦成为近年来材料、物理及光学领域的研究热点之一[3].文献[4]以TiO2/SiO2材料作为高低折射率膜料制备多层膜，得到了光学特性较高的短波通滤光片，但是并未分析这种多层膜的激光损伤特性；文献[5]研究了高折射率镀膜材料钛酸镧(LaTiO3)，发现其单层膜的光学特性良好，激光损伤阈值较高，可以替代TiO2膜料制备激光薄膜，但并未研究由钛酸镧材料组成的多层膜的激光损伤阈值；文献[6]研究了不同场强分布的减反射膜在1 064 nm激光下的损伤特性，发现当薄膜-空气界面处的电场强度较小时，薄膜具有较高的激光损伤阈值.文献[7]用单台阶能量光栅扫描及R-on-1测试两种方式对532 nm的HfO2/SiO2高反膜进行激光预处理，用ND：YAG二倍频激光辐照高反膜，其损伤阈值分别提高38%和30%.文献[8]通过在HfO2/SiO2组合膜堆的增透膜两侧加镀适当厚度的二氧化硅膜层，可有效提高多层膜的激光损伤阈值.从薄膜损伤机理来看，多层介质薄膜的损伤机理主要有本征吸收，杂质缺陷吸收，雪崩击穿，多光子电离等[9].为了提高多层介质薄膜的激光损伤阈值，除了在制备时减小薄膜的表面缺陷,选用激光损伤阈值较高的膜料以外，还要关注激光在薄膜内部形成的驻波场大小，在设计时尽量使薄膜内部的电场强度值较小或将电场强度较高的部分落在激光损伤阈值高的材料层[10].另外，对制备好的样品进行适当的激光预处理，也可有效提高多层介质膜的激光损伤阈值.目前，选用LaTiO3材料作为高折射率材料制备多层膜，研究其激光损伤阈值的报道还很少.本文为获得激光损伤阈值较高的滤光片，在结合薄膜场效应理论的基础上，选用抗激光损伤性能较好的高折射率材料LaTiO3，首先研究每种材料单层膜的激光损伤阈值，得到单层膜制备工艺，然后在此工艺下结合设计软件得到激光损伤阈值较高的滤光片，最后对滤光片进行一定的后续处理进一步提高激光损伤阈值.在设计短波通滤光片时，除了光谱特性要达到要求之外，还要设计出LIDT尽可能高的滤光片，这就需要在设计之前选用较高阈值的材料，在设计时考虑膜系的电场强度(Electric Field Intensity，EFI)分布，在制备后选用合适的激光预处理方法. 1.1 滤光片的膜系设计1.1.1 单层膜材料的确定根据前期研究发现，钛酸镧(LaTiO3)薄膜的物理化学性能稳定，制备中材料不易分解，易蒸镀，且不同工艺对单层膜的光学特性影响不大，折射率和消光系数比较稳定.前期实验获得了钛酸镧和氧化硅的工艺参数[10-11]，在此参数下制备的单层LaTiO3的LIDT为16.9 J·cm-2(1 064 nm，10 ns)，SiO2的LIDT为24.1 J·cm-2(1 064 nm，10 ns).因此选择LaTiO3作为高折射率材料，低折射率材料选用SiO2.两种材料的工艺参数见表1.1.1.2 初始膜系设计短波通滤光片经典膜系为G|(0.5LH0.5L)S|A，使用TFCalc膜系设计软件，尝试增加膜系周期数S，从而实现光谱特性指标.设计时要结合制备工艺来合理设计短波通滤光片，制备滤光片采用电子束热蒸发技术，膜厚监控采用光控极值法(透射式)，膜厚监控在极值点附近最为准确，膜层数越多薄膜膜厚累积误差越大.为减小多层膜累计误差，在设计多层膜初始膜系时，滤光片膜系应尽量为规整膜系，膜层数要尽可能少.滤光片的中心波长(λ0)为1 064 nm，当周期数S=8时，即G|0.5L(HL)7H0.5L|A，得到满足光谱特性的膜系，在不影响膜层透过率情况下，去掉第一层0.5 L，即G|(HL)7H0.5L|A时，532 nm处的透过率T532 nm=99.02%，1 064 nm处的透过率T1 064 nm=3.96%，为获得较高激光损伤阈值的滤光片，需对初始膜系的电场强度进行优化设计.1.1.3 多层膜的电场强度设计制备多层膜时不可避免会出现误差，在层数较多时采用光控法还会产生膜厚累计误差.为减小制备时误差带来的影响，并分析其电场强度值，尝试适当的增加周期数，观察多层膜电场强度的分布情况，以获得优化后的膜系.根据薄膜场效应理论[6]——薄膜与空气界面处电场强度越小，其抗激光损伤能力越高.使用膜系设计软件，分别设计周期数S=9，10，11和12，薄膜的透过率和电场强度值见表2，充分考虑样片的透过率、电场强度值及实验室制备条件，认为当S=11时，制备的多层膜效果较好.表2中E表示多层膜最外层和空气界面处电场强度值，Emax表示多层膜内各界面处的电场强度最大值.此时，多层膜膜系为G|(HL)10H0.5L|A，透过率和电场强度分布如图1所示，图1(a)表示入射光波(波长λ=1 064 nm)在薄膜最外层两侧形成的驻波场曲线，横坐标0左边为空气处形成的驻波场，右边从0开始表示从薄膜最外层一直到基底这一区间形成的驻波场；图1(b)表示膜系的理论光谱曲线.为了进一步优化膜系的电场强度曲线，使膜层各界面处的电场强度分布较小，尝试了两种最常见的优化多层膜电场强度的方法：① 在最外层加入2L保护层；② 将第21层的H层用中间折射率材料Al2O3替换.实验结果发现，优化前的膜系G|(HL)10H0.5L|A是电场强度分布较好的膜系.1.2 滤光片的制备为避免玻璃基底粗糙度对激光损伤阈值的影响，实验基底全部选用厚度3 mm，∅30 mm的同一批次K9玻璃.采用电子束热蒸发技术在南光ZZS500-2/G型箱式真空镀膜机上进行镀制，镀膜前用3∶1的乙醇乙醚混合液清洁基片，烘干后装入真空室.滤光片的膜系为G|(HL)10H0.5L|A，H层为高折射率材料LaTiO3，L层为低折射率材料SiO2，监控波长都选择530 nm，每一层监控两个极值，膜系的中心波长设计为1 064 nm.本底真空度为3.0×10-3Pa，制备参数见表1.1.3 制备结果采用日立U-3501型分光光度计测量多层膜光谱曲线，得到结果如图2所示.图2中虚线表示实际测试的光谱曲线，实线表示TFCalc软件设计的理论曲线.所得到曲线实际透过率T532 nm=94.76%，T1 064 nm=0.81%；对应的理论透过率是T532 nm=95.47%，T1 064 nm=0.72%；由图2可以发现，镀制的薄膜透过率满足了设计要求且特性较好(出射介质为空气时，由于基片另一面会产生大约4.2%的反射率，因此，实测透射波长T532 nm≥91%即可).采用西安工业大学研制的激光损伤测试仪对多层膜进行激光损伤测试，测试仪激光波长是1 064 nm，脉宽10 ns，光斑直径为0.8 mm，采用1-on-1的辐照方式测试，测试系统会对滤光片的实测损伤点数与对应损伤能量密度用最小二乘法拟合，得到曲线与横坐标的交点即为样片的激光损伤阈值.测试得到滤光片的激光损伤阈值是11.7 J·cm-2，如图3所示，图3中横坐标表示薄膜的激光损伤阈值，纵坐标表示不同损伤阈值下对应的损伤斑数目.为了验证这一结果，采用不同能量密度的激光(1 064 nm,10 ns)辐照样片，损伤斑如图4所示.辐照的激光能量分别为60 mJ、70 mJ、80 mJ、90 mJ、100 mJ和110 mJ，从图4中可以发现，损伤斑的形貌均表现为部分脱落.滤光片在60 mJ处薄膜开始损伤，此时损伤斑较小，随着能量增大，损伤斑面积越来越大，60 mJ 对应的激光能量密度是11.9 J·cm-2，符合实验测试的结果.研究发现，对多层膜进行合适的激光预处理可以有效提高多层膜的激光损伤阈值.其原理是：以低于薄膜激光损伤阈值的激光能量辐照介质薄膜时，薄膜材料内处于潜能级的束缚电子易被激发到导带，由于辐照能量不会损伤薄膜，被激发的电子又会衰减到更稳定的能级或与空穴结合，当使用高于激光损伤阈值的激光能量辐照时，可被激发的电子已经大大减少，从而提高薄膜的激光损伤阈值.激光器的主要可变参数有辐照脉冲次数和辐照脉冲能量等，本文对滤光片进行激光辐照预处理时，主要考虑了不同辐照次数和不同辐照能量对滤光片激光损伤阈值的影响.2.1 辐照能量对多层膜的影响首先研究了不同辐照能量对LaTiO3/SiO2多层膜激光损伤阈值的影响，滤光片初始的激光损伤阈值是11.7 J·cm-2，样片表面激光光斑直径是0.8 mm，即对应的辐照能量为58.8 mJ.使用ND∶YAG基频单脉冲激光(1 064 nm，10 ns)辐照样品，辐照能量分别选取其激光损伤阈值的20%(2.4 J·cm-2)，50%(5.9 J·cm-2)和80%(9.4 J·cm-2).辐照后多层膜的实测光谱曲线如图5所示.从图5中发现，随着辐照激光的能量增大，短波通滤光片的光谱曲线并没有发生太大变化，重点观察532 nm和1 064 nm的光谱偏移，发现处理后滤光片在1064 nm处透过率分别是1.42%,1.00%和1.04%，未辐照的是0.81%；在532 nm处，滤光片的透过率是92.37%，92.84%和93.42%，未处理的是94.76%，这说明采用这种激光辐照方式对滤光片的光谱曲线影响不大，接下来进行激光损伤阈值的测试，三组样片的LIDT值如图6所示.从图6可以看出，滤光片的激光损伤阈值和辐照能量成正比，当激光预处理的能量分别为损伤阈值的20%、50%和80%时，滤光片的激光损伤阈值分别为12.5 J·cm-2，13.6 J·cm-2和14.3 J·cm-2，较未进行预处理的滤光片，其LIDT分别提高了6.8%，16.2%和22.2%.为进一步分析滤光片激光损伤阈值和表面粗糙度的关系，使用白光干涉仪分别测试了几组滤光片的表面粗糙度，如表3所示，其中Sa表示平均粗糙度，Sq表示均方根粗糙度，一般情况下，重点考察多层膜的均方根粗糙度.可以发现，经过激光预处理的滤光片，表面粗糙度都得到了一定的改善，随着辐照能量的增加，三组样片均方根粗糙度较样片分别下降了37.44%，40.69%和39.72%.当激光能量为样片LIDT的50%左右时，激光预处理后的滤光片的表面粗糙度能获得较好的改善.2.2 辐照次数对多层膜的影响当激光预处理的能量为样片LIDT的80%时，滤光片激光损伤阈值有较好的提高，因此选用这一能量进行不同辐照次数的实验，分别辐照滤光片1次、3次和5次.滤光片的光谱曲线如图7所示.从图7中发现，随着辐照激光的次数增多，短波通滤光片的光谱曲线会向左发生偏移，重点观察532 nm和1 064 nm的光谱偏移，发现处理后滤光片在1 064 nm处透过率分别是1.21%，1.32%和1.34%，未辐照的是0.81%；在532 nm 处，滤光片的透过率是93.42%,93.36%和93.31%，未处理的是94.76%，这说明采用这种激光辐照方式对滤光片的半波长和中心波长处的透过率值影响不大，接下来进行激光损伤阈值的测试，三组样片的LIDT值如图8所示.从图8可以看出，当激光预处理的辐照次数为3次时，滤光片有极大的激光损伤阈值，随着次数增加到5次，滤光片的激光损伤阈值开始下降，因此，可以认为当预处理的能量为样片LIDT的80%、辐照次数为3次时，滤光片具有较大的激光损伤阈值，较原值提高了37.6%.三组样片的表面粗糙度见表4.三组的表面粗糙度与辐照次数成反比，当辐照次数为3次时，滤光片的表面粗糙度较小，此时滤光片的表面平均粗糙度和均方根粗糙度较原始样片分别降低了49.47%和43.37%.造成这一结果的原因是，选用低于滤光片LIDT的能量辐照薄膜，可以在不损伤滤光片的情况下改变其内部的应力场分布，使分布更加均匀；并且辐照后滤光片表面的温升可以去除一些杂质，使薄膜表面更加平整，结构致密，粗糙度减小，从而提高滤光片的损伤阈值.本文采用电子束热蒸发技术，在K9基底上制备得到了LaTiO3/SiO2组合膜堆的短波通滤光片，通过不同的激光预处理手段获得了LIDT较高的多层膜.得到的结论如下.1) 在设计膜系时考虑多层膜的电场强度分布，制备的多层膜激光损伤阈值较高，达到了11.7 J·cm-2(1 064 nm，10 ns)；2) 对多层膜进行激光预处理，当辐照的激光能量为激光损伤阈值的80%,辐照次数为3次时，得到的激光损伤阈值为16.1 J·cm-2(1 064 nm，10 ns)，较原值提高了37.6%.3) 激光预处理也可改善多层膜的表面粗糙度，减少薄膜表面的缺陷，从而提高激光损伤阈值.综上，在设计滤光片时除了选用激光损伤阈值较高的材料以外，还需要根据场效应理论分析滤光片内部的电场强度曲线，采用适当的工艺对滤光片进行激光预处理，可获得激光损伤阈值较高的多层介质滤光片.(in Chinese)[7] 刘杰,张伟丽,朱美萍.532 nmHfO2/SiO2高反膜的激光预处理效应[J].强激光与粒子束,2015,27(3):032.LIU Jie,ZHANG Weili,ZHU ser Conditioning Effect of HfO2/SiO2 High Reflectors at 532nm[J].HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS,2015,27(3):032.(in Chinese)[8] 张蕾,刘洪祥,陈光,等.缓冲层和保护层提高激光增透膜损伤阈值[J].光电工程,2016,43(7):89.ZHANG Lei,LIU Hongxiang,CHEN Guang,et al.Buffer Layer and Protective Layer Improve Laser Induced Damage Threshold of Antireflection Coatings[J].Opto-Electronic Engineering,2016,43(7):89. (in Chinese)[9] 李晓光,沈军.光学薄膜的激光损伤研究进展[J].强激光与粒子束,2010,22(10):2237.LI Xiaoguang,SHEN Jun.Research Progress in Laser Induced Damage on Optical Films[J].High Power Laser And Particle Beams,2010,22(10):2237. (in Chinese)[10] 徐均琪,杭良毅,苏俊宏,等.LaTiO3薄膜的光学及激光损伤特性[J].真空科学与技术学报,2015,35(9):1124.XU Junqi,HANG Liangyi,SU Junhong,et al.Optical Properties and Laser Damages of LaTiO3 Coatings[J].Chinese Journal of Vacuum Science And Technology,2015,35(9):1124.(in Chinese)[11] 杭良毅,徐均琪,程耀进,等.钛酸镧薄膜的制备及工艺优化[J].应用光学,2015,36(6):948.HANG Liangyi,XU Junqi,CHENG Yaojin,et al.Preparation of LaTiO3 Filmsand Process Optimization[J].Journal of Applied Optics,2015,36(6):948.(in Chinese)【相关文献】[1] RISTAU D,JUPÉ M,KAI ser Damage Thresholds of Optical Coatings[J].Thin Solid Films,2010,518(5):1607.[2] MARCU T,TODEA M,GLIGOR I,et al.Effect of Surface Conditioning on the Flowability of Ti6Al7Nb Powder for Selective Laser Melting Applications[J].Applied SurfaceScience,2012,258(7):3276.[3] YAN L H,LV H B,WANG C C,et al.Hydro-Oleophobic Silica Antireflective Films with High Laser-Damage Threshold[J].Optics & Laser Technology,2009,43(1):232.[4] 赵兴梅,师建涛,郭鸿香.短波通滤光片膜系设计[J].应用光学,2006,27(5):415.ZHAO Xingmei,SHI Jiantao,GUO Hongxiang.Film System Design for Short-wavelength Pass Filter[J].Journal of Applied Optics,2006,27(5):415. (in Chinese)[5] 段华英,王星明,张碧田,等.高折射率镀膜材料LaTiO3[J].稀有金属:2008,32(3):392.DUAN Huaying,WANG Xingming,ZHANG Bitian,et al.Coating Material of LaTiO3 with High Refractive Index[J].Chinese Journal of Rare Metals,2008,32(3):392.(in Chinese)[6] 徐均琪,苏俊宏,惠迎雪,等.不同场强分布的1 064 nm激光减反膜损伤特性[J].光电子激光,2012,23(7):1268.XU Junqi,SU Junhong,HUI Yingxue,et ser Damage Properties of 1064 nm Anti-Reflective Films with Different Electric Field Distributions[J].Journal of Optoelectronics Laser,2012,23(7):1268.。

DWDM光学镀膜介绍与解析

DWDM光学镀膜介绍与解析前言随着行动电话与网际网路等通信量急速增加，连接干线及都会之区间的光纤传输容量亦随之暴涨。

增加通信容量有两种方法，一种是提高变频速度的多重时间光增幅器广波域技术提升相对分割法（TDM, Time Division Multiplexing），另外一种是以单一光纤传输不同波长光信号之多波长方式（WDM, Wavelenght Division Multiplexing）。

由於地也带动着高速化与高密度波长多重化演进，换言之它所使用的Filter种类与波长亦随之多样化。

Filter镀膜基於耐环境、温度、稳定性等系统考量，通常采用离子（Ion）/等离子枪（Plasma Gun）与溅镀（Suptter）或电子束（EB，Electric Beam）等方式。

然而镀膜时有关膜厚监控（Monitor）、重复再现性、良率改善、自动化等诸多问题仍有待镀膜厂商突破。

镀膜方法电子束（EB）蒸镀方式容易形成柱状膜结构，为获高充填率（Packing Density）的膜层，通常会采用Ion照射基板方式，经Ion照射後由於离子（Ion）的能量使基板上形成活性核，同时促进核成长及核凝缩（Coalescence），进而获得高充填率的膜层。

电子束（EB）蒸镀源与离子/等离子枪（Plasma Gun）的组合又可分为离子辅助（IAD, Ion Assisted Deposition）及离子镀（IP, Ion Plating），这两种方法常用於有耐环境需求的通信元件镀膜工程。

Leybold公司的APS（Advanced ?Plasma System）为典型代表。

IAD的电子束蒸镀源与Ion产生器可个别独立控制，因此IAD方式较易找出最合适的镀膜条件。

基於EB枪需长时间操作，因此有些厂商修改Filament的尺寸与外形，用来降低电子束270°偏向时所产生的离子冲击对Filament造成的耗损。

如此一来由高周波放电所构成的离子枪，在DC放电时无法避免的Filament Suptter不纯物产生会完全消失，同时离子枪可作长时间运转。

多层光学膜实验设计：多层光学膜的干涉与透射现象探究

实验设计
实验设计是多层光学膜实验的核心，通过精确的参数设置和步骤安排，可以深入探究干涉与透射现象。在实验设计阶段，需要考虑材料选择、仪器搭建、参数设置等关键因素，以确保实验的准确性和可靠性。
实验步骤
01、
收集实验所需材料和仪器
准备实验所需的多层光学膜样品、光源、反射镜等材料
确保实验仪器的完好性和准确性
02、实验器材
激光器光栅
03、
实验步骤
调试光路
记录实验现象
04、
实验结果
图表分析总结结论
实验数据分析
反射率变化
随光线入射角度变化
波长选择
光源频谱影响
透过率曲线
存在干涉峰值
● 02
第2章实验装置及原理
光学干涉装置介绍
光学干涉装置包括光源、分束器、测量器等部分。这些元件被用于研究多层光学膜的干涉现象，通过测量干涉条纹来分析膜的特性。
干涉现象观察
光干涉条件下的表现
详细记录实验数据
干涉条纹的颜色分布
测量并比较不同波长下的条纹颜
色
光程差变化对干涉条纹
的影响
观察条纹的变化规律
多层光学膜的干涉现象
多层光学膜在光干涉条件下会出现明暗条纹，这是由于不同光波经过多层膜时发生干涉现象，形成交替的亮暗区域。观察条纹的变化规律可以深入探究光的干涉性质。
多层光学膜实验设计：多层光学膜的干涉与透射现象探
究
汇报人：XX
2024年X月
第1章研究背景与意义第2章实验装置及原理第3章实验设计与步骤第4章实验结果与分析第5章拓展应用与前景展望第6章总结与展望

光学薄膜的基本知识

124 第三章光学薄膜的基本知识一个介质如果它的性质在过考察点并与某一固定方向相垂直的平面上的各个方向都一样，我们就叫它为分层介质。

图3-1就是分层介质的示意图，图中z 轴所指的就是这一固定方向。

对于图示的各层介质来说，其介电常数和磁导率εε=()z ， μμ=()z图3-1 分层介质结构本章中我们由分析最基本的单层介质膜入手，进而分析周期性的多层介质膜。

通过对多层高反膜、增透膜、干涉滤光片原理的介绍了解常见的光学薄膜的基本知识。

最后通过金属膜理论的介绍了解吸收膜的性质。

§3-1 单层介质膜在一块玻璃基底上(n 3=1.5)镀制一层厚度不到一个波长的氟化镁薄膜(n 2=1.38)，膜的上方为空气(n 11=)，这样的三层介质就构成了一个单层介质膜。

光入射至单层介质膜，在膜层中有电磁场分布，对三层介质中的场量分析是以麦克斯韦电磁理论为依据。

作为简化的处理方法，我们直接运用电磁理论的结果来讨论各个区域中的总电场和磁场以及它们的边界条件。

一、求特征矩阵的数学处理方法图3-2为一单层介质膜的示意图。

设入射的单色平面波为一线偏振光，它可以分解为电矢量垂直于入射面的TE 波和电矢量平行于入射面的TM 波。

由于E 的垂直分量和平行分量在介质突变处的边界条件是相互独立的，所以这两种波相互独立。

图3-2中只画出了TE 波，以下的讨论就是针对TE 波进行的。

至于TM 波，可以用类似的处理方法，得出相应的结果。

选取相当于图3-1中(,)x y 坐标相同的两个考察点A Ⅰ、A Ⅱ，这种选取考察点的方法以后还要推广到多层膜。

现在就用比较这些处于同一竖直轴上的点场量演化的方法来建立层与层之间电磁场的传输关系。

图3-2a 中所标的E r Ⅰ、'E r Ⅱ、E t Ⅱ等，都代表介质中该点上沿图中所标定方向传播的所有可能波的总和，由于求和的过程已经包含在内，所以不125再追究得到它们以前的详细过程。

在图3-2b 中，将A Ⅰ和A Ⅱ点相比较，对于介质Ⅱ中入射至界面Ⅱ上的平面波来说，这两点之间的相位差图3－2 （a ）边界上的电磁场；（b ）过A Ⅰ、A Ⅱ两点等相面之间的距离为22cos θh nβπλθ=2022n h cos (3.1-1)根据电磁场理论，在两种介质的界面上电场E 和磁场H 的切向分量保持连续，具体来说在界面Ⅰ处 E E E E E i r t r ⅠⅠⅠⅠⅡ=+=+' (3.1-2) 及 H H H H H i r t r ⅠⅠⅠⅠⅡ=-=-'c o s c o s c o s c o s θθθθ1122 (3.1-3) 由非磁性介质中E 和H 的关系式H s E =⨯εμ00n (3.1-4) 式中s 为波矢k 方向上的单位矢量，n 为所讨论的介质层中的折射率。

镀膜实验报告

多层介质膜滤光片的镀制摘要：本实验以蒸发真空镀膜机对滤光片镀膜，采用干涉原理对膜厚进行监控。

使用单色仪把光源透过滤光片并有反射镜反射回来到单色仪上的光，经由单色仪原理被分成不同的光束，再由光电倍增管将光信号放大并转化为电信号。

通过理论模拟和实际实验结果进行比较，分析实验误差产生的原因。

关键词：干涉滤光片、高真空镀膜、光学极值法测膜厚、真空检验引言：当光线进入不同传递物质时（如由空气进入玻璃），大约有5% 会被反射掉，在光学瞄准镜中有许多透镜和折射镜，整个加起来可以让入射光线损失达30%至40%。

现代光学透镜通常都镀有单层或多层氟化镁的增透膜，单层增透膜可使反射减少至 1.5%，多层增透膜则可让反射降低至 0.25%，所以整个瞄准镜如果加以适当镀膜，光线透穿率可达 95%。

镀了单层增透膜的镜片通常是蓝紫色或是红色，镀多层增透膜的镜片则呈淡绿色或暗紫色。

通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。

这种方法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。

蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。

待系统抽至高真空后，加热使其中的物质蒸发。

蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。

薄膜厚度可由数百埃至数微米。

膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。

对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。

从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。

蒸气分子平均动能约为0.1～0.2电子伏。

本实验通过蒸发真空镀膜设备对滤光片镀膜。

原理：1、真空技术“真空”是指气压低于一个大气压的气体状态。

在真空状态下，单位体积中的气体分子数大大减少，分子平均自由程增大，气体分子之间、气体分子与其他粒子之间的相互碰撞也随之减少。

镀膜干涉原理

镀膜干涉原理
镀膜干涉是一种利用薄膜形成的光程差产生干涉的方法。

薄膜的折射
率通常比周围介质的折射率大或小，这导致了反射和透射发生相位差，产生干涉。

具体来说，当平行入射到薄膜的光线遇到薄膜的反射和透射两个界面时，会同时发生反射和透射。

此时，通过薄膜反射面和透射面之间的
光程差，形成一幅交替的亮暗环带，即干涉条纹。

当存在多层薄膜时，会形成复杂的干涉条纹。

因此，通过选择合适的薄膜厚度、折射率和入射角度，可以控制干涉
条纹的数量和空间分布，实现精度控制和测量。

除了应用于光学测量和精度控制方面，镀膜干涉技术还广泛用于光学
薄膜制备、分析和表征中。

通过精确控制薄膜的厚度和折射率，可以
实现特定的光学薄膜反射和透射特性，如滤波、反射、透过率和波长
选择性等。

这些功能薄膜已广泛应用于太阳能电池、显示器件、光通
信等领域。

总之，镀膜干涉理论是实现光学薄膜精密控制和测量的关键技术，对
于推进光学领域的发展和应用有着重要的意义。