最新光学薄膜膜系设计ppt课件
光学薄膜技术第二章课件之欧阳歌谷创作
典型膜系介绍欧阳歌谷(2021.02.01)根据其作用可以将光学薄膜的类型简单的分为:1、减反射膜或者叫增透膜2、分束膜3、反射膜4、滤光片5、其他特殊应用的薄膜一. 减反射膜(增透膜)在众多的光学系统中,一个相当重要的组成部分是镜片上能降低反射的镀膜。
在很多应用领域中,增透膜是不可缺少的,否则,无法达到应用的要求。
就拿一个由18块透镜组成的35mm 的自动变焦的照相机来说,假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射,没有增透的镜头光透过率为23%,镀有一层膜(剩余的反射为1.3%)的镜头光透过率为62.4%,镀多层膜(剩余的反射为0.5%)的为83.5%。
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光的破坏。
此外,宽带增透膜可以提高象质量、色平衡和作用距离,而使系统的全部性能增强。
当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时,在两介质的分界面上就会产生光的反射,如果介质没有吸收,分界面是一光学表面,光线又是垂直入射,则反射率R为:例,折射率为1.52的冕牌玻璃,每个表面的反射约为4.2%,折射率较高的火石玻璃表面的反射更为显著。
这种表面反射造成了两个严重的后果:①光能量损失,使像的亮度降低;②表面反射光经过多次反射或漫射,有一部分成为杂散光,最后也达到像平面,使像的衬度降低,分辨率下降,从而影响光学系统的成像质量。
减反射膜,又称增透膜,它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。
最简单的增透膜是单层膜,它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的介于空气折射率和光学元件折射率之间的薄膜。
以使某些颜色的单色光在表面上的反射干涉相消,增加透射。
使用最普遍的介质膜材料为氟化镁,它的折射率为1.38。
减反射膜可由简单的单层膜至二十层以上的多层膜系构成,单层膜能使某一波长的反射率实际为零,多层膜则在某一波段具有实际为零的反射率。
《光学薄膜膜系设计》课件
,常用的测量方法有光谱椭偏仪法和光谱反射法等。
03
光学薄膜设计方法
膜系设计的基本原则
光学性能原则
薄膜的光学性能应满足设计要求,如 反射、透射、偏振等特性。
物理化学稳定性原则
薄膜应具有优良的物理和化学稳定性 ,能够经受环境因素的影响,如温度 、湿度、紫外线等。
机械强度原则
薄膜应具有足够的机械强度,能够承 受加工和使用过程中的应力。
干涉色散
由于薄膜干涉作用,不同波长的光 波会产生不同的相位差,导致不同 的干涉效果,从而产生色散现象。
薄膜的光学常数
光学常数定义
01
描述介质对光波的折射率、消光系数等光学性质的一组参数。
薄膜的光学常数
02
对于光学薄膜,其光学常数包括折射率、消光系数、热光系数
等。
光学常数测量
03
通过测量光波在薄膜中的传播特性,可以获得薄膜的光学常数
反射膜的应用案例
总结词
反射膜主要用于将特定波段的光反射回原介质,常用于聚光镜、太阳能集热器等领域。
详细描述
反射膜具有高反射率和宽光谱特性,被广泛应用于太阳能利用和照明工程中。通过将反 射膜镀在金属镜面上,可以大大提高光的反射效率,从而实现高效聚光和散热。此外,
反射膜还用于制作装饰性和广告用反射镜面。
干涉现象
当两束或多束相干光波相遇时,会因相位差而产生明暗相间的干 涉条纹。
干涉条件
为了产生稳定的干涉现象,需要满足相干波源、相同频率、相同 方向和相同振动情况等条件。
薄膜的干涉效应
薄膜干涉原理
当光波入射到薄膜表面时,会因 反射和折射而产生干涉现象。
薄膜干涉类型
根据光波在薄膜中传播路径的不同 ,可分为前表面反射干涉和后表面 反射干涉。
光学薄膜膜系设计方法
光学薄膜膜系设计方法光学薄膜啊,就像给光学元件穿上了一层特制的小衣服。
那这膜系设计呢,就像是精心挑选衣服的款式和布料。
一种常见的方法是基于经验的设计。
这就好比咱做饭,一开始照着老菜谱做。
那些有经验的工程师啊,他们经过好多好多的实践,知道在哪些情况下用哪种薄膜材料组合比较好。
比如说,要是想让光更多地透过,可能就会想到某些透光度高的材料,像氟化镁之类的。
他们心里有个小本本,记着不同材料在不同光学环境下的表现,就这么凭经验先搭出个大概的框架来。
还有一种是计算机辅助设计。
这个就很酷炫啦。
现在科技这么发达,计算机就像个超级聪明的小助手。
我们把光学薄膜需要达到的各种要求,比如反射率要多少、透过率要多少之类的参数输进去。
然后计算机就开始它的魔法之旅啦。
它会根据内置的算法,算出各种可能的膜系结构。
这就像是我们在网上搜衣服,输入自己的尺码、喜欢的风格,然后出来一堆推荐一样。
不过呢,计算机算出来的结果也不是完全就可以拿来用的,还得经过人工的分析和调整。
在设计膜系的时候啊,材料的选择可太重要啦。
就像我们挑衣服的布料,得考虑它的质地、颜色、功能啥的。
对于光学薄膜材料,我们要关注它的折射率、吸收率这些特性。
不同的折射率会让光在薄膜里的传播路径发生不同的变化。
要是选错了材料,那这个光学薄膜可能就达不到我们想要的效果啦,就像穿错了衣服去参加活动,会很尴尬的呢。
另外,膜层的厚度也是个关键因素。
这厚度就像衣服的厚度一样,得刚刚好。
如果膜层太厚或者太薄,光的干涉效果就会受到影响。
比如说,要是想通过干涉来增强反射,那膜层厚度就必须得精确控制,差一点点都不行哦。
光学薄膜膜系设计不是一件简单的事儿,但是只要我们掌握了这些方法,就像掌握了搭配时尚穿搭的秘诀一样,就能设计出很棒的光学薄膜啦。
宝子们,是不是感觉还挺有趣的呢?。
第五章光学薄膜系统的设计二ppt课件
满足条件 12(m11 m22 ) 1 的波长,位于反射带外
所以反射带由 12(m11 m22 ) 1 决定,其对应的波长称为截止波长
12(m11
m22 ) cos2
1 2
nH nL
nL nH
sin2
假设截止波长对应的位相厚度为e, 则根据 12(m11 m22 ) 1
铝膜
1. 紫外到红外都有很高反射率的唯一材料
2. 铝膜表面在空气中能生成一层薄的Al2O3 层,膜层牢 固、稳定
3. 铝膜也常用Al2O3作保护层,但是如果铝膜用来作紫外 反射镜,则不用Al2O3和SiO作保护层, 而用MgF2或LiF
➢ 高反射率铝膜在制备工艺上,首先应该选用高纯度的铝, 以很高的沉积速率沉积到冷基片(温度低于100ºC)上, 同时真空度应高于10-4Pa。 ➢另一方面,保护膜的制备工艺也影响反射镜的反射率
中心波长平均值处 a b 2
若使 (a b 2 ) / 2 q q 0,1,2,
条件不满足,则可以消去透射峰,在两多层膜间加一层1/4平均波 长的低折射率层,便可简单得到这个结果
3. 用中心波长不同的两个对称周期膜堆跌加成单一膜 系,同样能扩展高反射区,而不会在两个中心波长 的平均值处产生透射次峰
反射率和相对波数的关系
100
80
R/%
60
40
20
0 500
1000
1500
2000
wavelength/nm
因而要制备窄带高反膜,除选择折射率比小的两种材料外,还可以 选用较高级次的反射带,以30, 50等作为控制波长
以上没有考虑薄膜材料的色散,实际中各种材料的色散是不一样 的,尽管几何厚度相同,但是对不同波长,光学厚度略有不同, 因此实际中要作适当修正。
EssentialMacleod光学薄膜设计与分析软件PPT课件
X轴的参数: 波长 波束 入射角 光学厚度 几何厚度 物理厚度
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Y轴参数
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Y轴参数:
反射率、透 射率反射位 相、透射位 相、颜色、 (超速的 (ultrafast ),椭圆偏振 量 ( ellipsom etric),以 及波长的0-3 阶导数等。
参数图
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合成(synthesis) Optimac 技术也可以在合成模块里操作,为了达到需要的规格在设
计时它可以增加或者移走膜层。合成也可用于改善现有的设计,或者从一 个材料清单和规格里产生设计。 Optimac是可存档的。它记录优化设计 的完整历史,从而允许在膜系的性能和复杂性间寻找平衡点。
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性能计算 Essential Macleod 提供了一套完备的性能计算功能。除了一般
反射和透射计算外,还包括:密度﹑吸收率﹑椭偏参数﹑超快参数 ( 群时 延 ﹑群时延色散﹑三阶色散 ) 和光的色散,此外,也可以应用于色彩计 算。公差计算可使用户判定厚度微小变化对设计影响。
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用户定义单位 单位是用户经常碰到的一个问题,但是在Essential Macleod 不是
问题,单位可自定义选择。如:频率可以采用电子伏特、千兆赫、波数; 波长可选埃、纳米、微米甚至微英寸。
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颜色计算 • 颜色计算提供最通用的颜色空间: • Tristimulus • Chromaticity • CIE L*a*b* • CIE L*u*v* • Hunter Lab • 光源的挑选可根据需要预先定义。 CIE 1931 和 1964颜色匹配功能也包
光学薄膜基础知识PPT课件
D H jc t
B 0
E B t
真空中:
2B
1 c2
2B t 2
0
2E 1 2E 0 c2 t 2
麦克斯韦
c 1 299792458 米/秒
0 0
1832年,法拉第猜想: 电磁作用可能以波的
1887年,赫兹发现了电磁波
形式传播,而且光可
——电磁光学建立
能就是一种电磁波动
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T=(0.97)7=80.7%.
未镀膜: T=(0.92)7=55.7%
• 这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25%的透射能 量
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6/120
• 20世纪中期:主要是在薄膜设备的改进与镀膜 产品种类以及质量的提高得到了发展,形成了 典型的减反射、高反射、滤光片等光学薄膜器
➢件20;世纪末-21世纪初光电子技术得到了飞速发展, 光学薄膜器件向性能要求和技术难度更高、应用 范围和知识领域更广、器件种类和需求数量更多 的方向迅速发展;
• 事实上,泰勒发展了一种用化学侵蚀产生“失 泽”而制作化学减反膜的方法。
• 目前制备光学应用的薄膜的主要方法是真空蒸 发法和溅射法,后者在十九世纪中叶就发现了, 而前者可追朔到二十世纪初。
• 但在1930年以前,它们不能作为实用的镀膜方
法,因为没有获得高真空的真正适用的抽气机,
直到1930年出现了油扩散泵—机械泵抽气系统
以后,制造实用的真空镀膜机才成为可能。
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• 三十年代中期德国的鲍尔和美国的斯特朗先后用真空蒸 发方法制备了单层减反射膜,这种简单的减反射膜至今 在一般的光学装置上还被大量地应用。
折射率为1.52的玻璃敷有折射率为1.38的氟化镁 薄膜后,单面的反射损失可从4.2%减少到1.5%左右, 例如7块平板系统镀膜后,在参考波长上总的透射率可 近似地估计为:
薄膜光学与镀膜技术ppt课件
光学薄膜原理
三、什么是光学薄膜?
光学薄膜就是在光学元件上或独立基板上镀上特定的膜 质来改变光波传递的特性。
Q:薄膜有什么特点?
光学薄膜由光的干涉作用达到效果
Q:那么要薄到什么程度呢?
当光在膜层中的干涉现象可被侦测到时,我们认为这层膜是薄的
双光路分光光度计
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
光学薄膜原理
生 活 中 的 光 学 薄 膜
光学薄膜应用
光学薄膜在光学系统中的作用
提高光学效率 • 高反射镜 减少杂光 • 减反射镜
实现光束的调 • 分光镜 整或再分配 • 分色镜
通过波长的选 择性透过提高
系统信噪比
• 截止滤光片 • 带通滤光片
光学薄膜应用
高反射镜
只取反射光,尽量减少透射光
金属膜反射镜
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
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
Transmittance%
光学薄膜应用
带通滤光片
光学薄膜原理 ppt课件
401 (0 1)2
Tp
N1 N0
cos1 cos0
( cos0 cos1
20 )2 0 1
401 (0 1)2
小结
垂直入射
倾斜入射
r N0 N1 N0 N1
N0
R t 2N0 N0 N1
N1
T
R r 2 ( N0 N1 )2 N0 N1
r 0 1 0 1
ts
20 0 1
,tp
折射率与导纳
Refractive index
3.坡印廷矢量(能流密度)S:单位时间通过单位面积的 能量
S=E×H
积分平均值: S 1 Re(N )E 2
(3)
2
4.边界条件---切向分量连续
E0 tan= E1 tan , H0 tan= H1 tan ,
E0itan + E0rtan = E1t tan
Detector
薄膜在WDM技术中的应用
DWDM Filter: Mux, Demux, OADM ,OXC等
M-WDM Filter: CWDM, Channel separation 等
W-WDM Filter: 光网控制,光插分,光放大等
Interleaver: 与DWDM Filter串接,提高复用度
20 0 1
c os 0 c os1
R r 2 (0 1 )2 0 1
T
N1 N0
t2
4N0 N1 (N0 N1)2
T
1 0
ts2
401 (0 1)2
s N cos
p N / cos
第三节 单层薄膜的传输矩阵
E12
1 2 E2
1
21
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1.2 双层减反射薄膜的设计
• 0 0 膜堆
24
1.38 1.7 1.7
1.52
1
1.38
Y0
1.52 (nd
2 4
0
)
Y1
1.7 2 1 .52
1.9013 nd
1 4
1
Y2
1.7 2 1 . 52
1.9013 (nd
3 4
2ห้องสมุดไป่ตู้
)
0 0 膜堆
24
特点: 可得到W形透射光谱曲线。
A. R0 与 n 2 无关。
R
即:
R0nn00
n12 n12
nS nS
2
0.04
B. 存在102 R 1 R2 R0
C. n2n1 n2nS
1 0 2
D. R 1 fn 1 ,n 2 ,n S R 2 fn 1 ,n 2 ,n S
量——相对波数 g, g0 。
R
0.015
g
1
GM2HLA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 MLA
R 1 n 1 2 n Sn 3 221 n 1 2 n Sn 3 22
显然,此值小于 G2HLA 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。
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 nH,nL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。
• C 替代层技术
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。
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。
光学薄膜膜系设计
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
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
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
1.38
1.7
1.52
Y 1.72 1.9013 1.52
0 0 膜堆
44
1.2 双层减反射薄膜的设计
0 0 膜堆
44
V型双层减反射膜 G/HL/A
1.52/1.7,1.38/1
R1min
2.051.382 2.051.382
//112
0.00136
R2min
2.051.622 2.051.622
//11..55222
0.00733
三层减反射膜 G/MHHL/A G/M2HL/A
GM2HLA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
细菌性:阴道内存在大量细菌生长繁殖,但 无法确定引起BV的特异性细菌。
阴道病:阴道粘膜无炎症性表现,故称“阴 道病”,而不称“阴道炎”。
BV的发病率高,在阴道感染性疾病中,细 菌 性 阴 道 病 约 占 50%~60% , 念 珠 药 阴 道 炎 占 20%~30% , 滴 虫 性 阴 道 炎 占 5%~10% , 因此,细菌性阴道病是妇科临床最常见的阴 道感染。
n0 n1 n2
nk1 nk
• 反射点的波长位置分别为:
k 2 k 10 ,2 ( k k 1 1 )0 ,2 ( k k 1 2 )0 ,k 4 10 ,k 2 10
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
细菌性阴道病与微生态平衡
四川大学华西第二医院 王世阆
细菌性阴道病(bacterial vaginosis BV) 是妇科常见病、多发病。细菌性阴道病以 往曾有过许多名称,如嗜血杆菌性阴道炎、 棒状杆菌性阴道炎、加德纳菌性阴道炎及 非特异性阴道炎等。直到1984年在瑞典的 专题国际会议上才正式命名为细菌性阴道 病。
细菌性阴道病名称的界定
细菌性阴道病与阴道微生态平衡
微生态学的基本概念
0.288L0.384H20.288L L/A • K9/1.14M 0.364H20.21L2.63H2
0.253L0.368H21.14 L/A
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;
n1n2n3nk ns
• 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。
• 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
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 1.38 2.05
1.62 1.52
R1 R2
T T 0 /( 1 F sin 2 )
T0
(1 R 1 )( 1 R 2 ) (1 R 1 R 2 ) 2
F 4 R1R2 (1 R 1 R 2 ) 2