物理光学17薄膜光学基础
光学薄膜基础知识
机械性能
硬度与耐磨性
光学薄膜需要有足够的硬 度和耐磨性，以抵抗摩擦 和划痕对光学表面的影响。
韧性
光学薄膜材料需要具有一 定的韧性，以防止因受到 外力而破裂或变形。
附着力
光学薄膜与基材之间的附 着力需要足够强，以保证 薄膜的稳定性和使用寿命。
表面处理与涂层技术
通过表面处理与涂层技术，可以改善光学薄膜的表面质量、提高附着力、增强抗划伤能力等，从而提高其稳定性 和使用寿命。
降低制造成本
规模化生产
通过规模化生产，可以实现成本的降 低和效率的提高，同时提高产品的可 靠性和一致性。
优化工艺参数
通过优化工艺参数，可以减少生产过 程中的浪费和损耗，降低制造成本。 同时，采用先进的生产设备和管理模 式，也能够实现成本的降低和效率的 提高。Fra bibliotek环保照明
光学薄膜可以用于LED照明设备中，提高光 效和照明质量，降低能耗和热量的产生，同 时还可以实现可调色温、可调亮度等功能， 为环保照明提供更多可能性。
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根据材料分类
光学薄膜可以分为金属膜、介质膜、半导体膜等，不同的材料对光的 反射、透射、吸收等特性有显著差异。
02
光学薄膜的特性
光学性能
反射与透射
光学薄膜能够根据需要改变光的 反射和透射行为，如增反膜增加 反射，减反膜减少反射并增加透
射。
干涉效应
薄膜的厚度和材料会影响光的干涉， 通过调整薄膜的厚度和材料，可以 实现对特定波长的光的干涉增强或 减弱。
光学薄膜广泛应用于光学仪器、摄影 器材、照明设备、显示屏幕等领域， 对提高光学元件的性能和改善光束质 量具有重要作用。
物理光学基础知识
物理光学基础知识光学是研究光的传播、干涉、衍射、偏振、吸收和发射等现象的学科。
它是物理学的重要分支之一，涉及光的性质和行为，对于人类的科学研究和生产生活具有重要作用。
本文将介绍物理光学的基础知识，包括光的特性、光的传播以及光的干涉、衍射、偏振等现象。
一、光的特性光既具有波动性，也具有粒子性。
在光的波动性方面，光是一种电磁波，具有波长、频率和振幅等特征。
其中，波长决定了光的颜色，频率与能量相关。
在粒子性方面，光的粒子被称为光子，能量量子化为hv，其中h为普朗克常数。
二、光的传播光的传播可以用光的直线传播和光的反射、折射来解释。
在真空中，光沿直线传播；当光遇到介质时，会发生反射和折射现象。
反射是指光从介质表面弹回，保持传播方向不变；折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，传播方向发生改变。
三、光的干涉光的干涉是指两束或多束光波叠加产生的干涉现象。
干涉又可分为相长干涉和相消干涉。
相长干涉是指两个波峰或两个波谷相遇，叠加后振幅增强；相消干涉是指波峰和波谷相遇，叠加后振幅减弱或相互抵消。
干涉现象是由于光的波动性导致的，它可以应用于干涉仪、光栅等领域。
四、光的衍射光的衍射是指光波通过障碍物或绕过物体时发生弯曲或扩散的现象。
与干涉不同，衍射是光波本身传播的特性。
衍射现象广泛应用于各种仪器设备和材料表征等领域，如显微镜、望远镜、声纳等。
五、光的偏振光的偏振是指光的振动方向沿某一直线的特性。
普通光是无规则的偏振光，偏振光是指光的振动方向固定的光。
偏振光在实际应用中有着重要的作用，如偏振镜、液晶显示等。
以上是物理光学基础知识的简要介绍。
光学作为研究光的性质和行为的学科，对于人类的科学研究和生产生活具有重要作用。
深入理解和掌握光学的基础知识，有助于推动科学技术的进步，并为实际应用提供基础支撑。
物理光学-薄膜光学基础
λ0/4膜系的多层高反射膜示意图 膜系的多层高反射膜示意图
GHLHL…HLHA＝G(HL)pHA ＝
这种膜系之所以能获得高反射率， 这种膜系之所以能获得高反射率 ， 从多光束干涉原理看是 容易理解的：根据平板多光束干涉的讨论， 容易理解的 ： 根据平板多光束干涉的讨论 ， 当膜层两侧介质的 折射率大于(或小于 膜层的折射率时 折射率大于 或小于)膜层的折射率时， 若膜层的诸反射光束中 或小于 膜层的折射率时， 相继两光束的相位差等于π(λ 膜系） 相继两光束的相位差等于 0/4 膜系） ， 则该波长的反射光获 得最强烈的反射。 得最强烈的反射 。 而上图所示的膜系恰恰能使它包含的每一层 膜都满足上述条件， 膜都满足上述条件 ， 所以入射光在每一膜层上都获得强烈的反 射，经过若干层的反射之后， 入射光就几乎全部被反射回去。 经过若干层的反射之后， 入射光就几乎全部被反射回去。 这种膜系的优点是计算和制备工艺简单， 这种膜系的优点是计算和制备工艺简单 ， 镀制时容易采用 极值法进行监控；缺点是层数多， 不能连续改变 不能连续改变。 极值法进行监控；缺点是层数多，R不能连续改变。目前发展了 一种非λ0/4膜系， 即每层膜的光学厚度不是λ0/4，具体厚度要由 一种非 膜系， 即每层膜的光学厚度不是 ， 膜系 计算确定。其优点是只要较少的膜层就能达到所需要的反射率， 计算确定 。 其优点是只要较少的膜层就能达到所需要的反射率 ， 缺点是计算和制备工艺较复杂。 缺点是计算和制备工艺较复杂。
2
下面我们分析一下反射率R。 下面我们分析一下反射率 。
作图。 令n1＝1，n3＝1.5作图。 ， 作图
R
n2 = 2
1.7
1.5
1.23
0.04
1.38
π
薄膜物理与技术
将气体在电场的作用下离化，形成离子束或等离子体，然后轰击材 料表面，使其原子或分子沉积在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积（CVD）
常压化学气相沉积（APCVD）
在常压下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄膜 。
低压化学气相沉积（LPCVD）
在较低的压力下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形 成薄膜。
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）
利用等离子体激活反应气体，使其发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄 膜。
液相外延（LPE）
溶胶-凝胶法
将金属盐溶液通过脱水、聚合 等过程转化为凝胶，然后在一
定条件下转化为薄膜。
化学镀
利用化学反应在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
电镀
利用电解原理在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
薄膜的特性与性能参数
特性
薄膜具有一些独特的物理和化学特性， 如高表面面积、高纯度、高密度等， 这些特性使得薄膜在电子、光学、磁 学等领域具有广泛的应用前景。
性能参数
评估薄膜性能的参数包括表面粗糙度、 透光性、导电性、硬度等，这些参数 决定了薄膜在不同领域的应用效果。
薄膜的形成与生长机制
形成
薄膜的形成通常是通过物理或化学方法将物质蒸发或溅射到基材表面，然后凝 结或反应形成薄膜。
涉及其他非主要性能的表征，如化学稳定性、热稳定性等。
详细描述
除了光学、力学和电学性能表征外，还有其他一些非主要性能的表征方法，如化学稳定 性表征和热稳定性表征等。这些性能参数对于评估薄膜在不同环境条件下的稳定性和耐 久性具有重要意义，尤其在化学反应容器制造和高温环境应用等领域中具有重要价值。
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。
薄膜光学与薄膜技术_第01篇-01-薄膜光学的理论基础
c r 0r 0n2
（1-5）
式中n表示介质的折射率，均匀介质取常数值。 （2）对于各向同性线性非均匀介质，介质
非导电 s = 0, r 为实函数，则有
r r 0r r 0n2 r (1-6)
非均匀介质折射率n随空间变量变化。
k = w me
（1-25）
则方程（1-22）和方程（1-23）就化为理想介 质中的复矢量波动方程。
薄膜光学与薄膜技术基础
波数 k 也称之为空间角频率。波数 k 与
波速 u 及角频率 w之间的关系为
k = w me = w = wn uc
（1-26）
式中
u= 1 = c me n
（1-27）
为光波在介质中的传播速度，c为真空中的光
界面上的自由电流面密度复振幅矢量。如果
把边界条件写成标量形式，有
ìïïíïïî
E%1t H%1t
= -
E%2t H%2t
=
J%s
(1-18)
式中 E%1t 、E%2t 和 、 H%1t H%2t 分别表示介质1和介质2分 界面上电场和磁场复振幅矢量的切向分量。J%s 为分界面上 p2 2 4 2 2
n
1 2
p2 1 4 2 2
（1-11）
式中 n 称之为导电介质的折射率，a 称之为消
光系数。由式（1-11）可以看出，导电介质
的折射率和消光系数是光波频率的函数，所
以光波在导电介质中传播或在导电介质表面
CsI
KI CsBr
BaF2
KBr
CaF2
KCI
SiO2
NaCI
NaF
0.8 100 200
《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。
物理光学_精品文档
04 波动光学进阶
电磁波谱与光谱分析
电磁波谱
包括无线电波、微波、红外线、 可见光、紫外线、X射线和伽马射 线等，它们在真空中的传播速度 相同，但波长和频率各异。
光谱分析
通过测量物质发射、吸收或散射 的光的波长和强度，来研究物质 的性质、组成和结构的方法。光 谱可分为发射光谱、吸收光谱和 散射光谱。
物理光学
contents
目录
• 物理光学概述 • 光的波动性质 • 几何光学基础 • 波动光学进阶 • 物理光学实验技术 • 物理光学在科技领域应用
01 物理光学概述
物理光学定义与特点
定义
物理光学是研究光的本质、传播 、散射、干涉、衍射、偏振等物 理现象以及光与物质相互作用的 科学。
特点
物理光学以光的波动性质为主要 研究对象，强调光场的空间和时 间相干性以及光的统计规律，与 几何光学形成鲜明对比。
的衍射图谱。
光的偏振现象
线性偏振
当光通过某些物质（如偏振片）时，只有特定方向的光波 能够通过，其他方向的光波被吸收或反射，这种现象称为 线性偏振。
圆偏振与椭圆偏振
在某些情况下，光波可以分解为两个相互垂直且振幅相等 的线性偏振光波，它们的相位差恒定，合成后的光波呈圆 形或椭圆形偏振。
双折射现象
当光通过某些晶体时，由于晶体的各向异性，光波会被分 解为两个传播速度不同的偏振光波，这种现象称为双折射 。
利用薄膜的反射和透射光 干涉，研究光的干涉原理 和薄膜的光学性质。
迈克尔逊干涉仪
该仪器利用分振幅法产生 双光束干涉，可用于测量 光波波长、折射率等光学 参数。
衍射实验技术
单缝衍射实验
通过单缝衍射实验可以观 察到光波的衍射现象，研 究光的传播特性。
第3章-光学薄膜的设计理论
1 2
则：
Y
C
B
,
B C
称为膜系的特征矩阵
青岛大学物理科学学院
第３章 光学薄膜的设计理论
单层膜的反射 单层膜的反射率为：
r 0 0 Y Y,R 0 0 Y Y 0 0 Y Y
这样就把单层膜的问题等效成了单一 界面的问题，而不是用多次干涉的方法。
对称膜系(PQP)的特征
第３章 光学薄膜的设计理论
青岛大学物理科学学院
对称膜系(PQP)的特征
第３章 光学薄膜的设计理论
青岛大学物理科学学院
对称膜系(PQP)的讨论
第３章 光学薄膜的设计理论
青岛大学物理科学学院
对称膜系(PQP)的讨论
第３章 光学薄膜的设计理论
青岛大学物理科学学院
周期性对称膜系
基本上任一层薄膜的作用都可看作是改变等效界面的导纳， 从而改变了薄膜系统的光学特性；
因此，如能形象的表示出等效导纳变化轨迹，将有助于直 观的分析薄膜系统的特性及其变化，这就是所谓的导纳轨 迹图解技术；
2.1.３单一界面反射率与透射率
青岛大学物理科学学院
第３章 光学薄膜的设计理论
青岛大学物理科学学院
第３章 光学薄膜的设计理论
单层膜的特征矩阵
由公式：
k
E
a
cos 1
H a i 1 sin 1
i sin
1
1
k
E
b
cos 1 H b
T=1: sin2θ=0, R1=R2 T极小值：则sin2θ=１
光学薄膜基础知识PPT教案
波动光学的建立
1845年，法拉第——光的振 动面在强磁场中的旋转
1856年，韦伯——电荷的电 磁单位和静电单位的比值= 光在真空中的速度
第36页/共120页
将光与电磁现象联系起来 37/120
1865年，麦克斯韦——光的电磁理论——麦克斯韦方程组
D
B 0
H
jc
D t
E B t
5/120
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。
真空中：
2B 1 2B 0 c2 t 2
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
1887年，赫兹发现了电磁波
——电磁光学建立
的形式传播，而且 光可能就是一种电
磁波动
第37页/共120页
38/120
量子论和相对论的建立
对于光学薄膜，在一块基片上淀积五、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。
第10页/共120页
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Optical thin films：通常意义的光学薄膜；
Optical coatings:一般来讲薄膜敷于光学玻璃、塑
光学薄膜原理
光学薄膜原理
光学薄膜是一种具有特殊光学性质的材料，它在光学器件中有着广泛的应用。
光学薄膜的原理是基于光的干涉和衍射现象，通过在介质表面沉积一层或多层薄膜，来实现对光的特定处理和控制。
光学薄膜的原理涉及到光的波动性质、薄膜的光学性能以及干涉和衍射的基本规律。
首先，光学薄膜的原理与光的波动性质密切相关。
光是一种电磁波，具有波动
性质，它在传播过程中会发生干涉和衍射现象。
当光线照射到薄膜表面时，部分光线会被反射，部分光线会穿透薄膜并在不同介质之间发生折射。
这些光线相互干涉和衍射，形成了特定的光学效应，从而实现对光的控制和调制。
其次，薄膜的光学性能是光学薄膜原理的重要组成部分。
薄膜的光学性能包括
折射率、透过率、反射率等参数，这些参数决定了薄膜对光的作用效果。
通过调控薄膜的材料、厚度和结构，可以实现对光的反射、透过和衍射等特定处理，从而满足不同光学器件的需求。
最后，干涉和衍射是光学薄膜原理的基本规律。
干涉是指两束或多束光线相互
叠加形成明暗条纹的现象，而衍射是光线在通过孔隙或物体边缘时发生偏折的现象。
在光学薄膜中，干涉和衍射现象会影响光线的传播和分布，从而实现对光的控制和调制。
总之，光学薄膜原理是基于光的波动性质、薄膜的光学性能和干涉衍射的基本
规律，通过对薄膜材料和结构的设计和调控，实现对光的特定处理和控制。
光学薄膜在激光器、光学滤波器、反射镜等光学器件中有着重要的应用，对于提高光学器件的性能和功能具有重要意义。
希望本文能够对光学薄膜原理有所了解，并对相关领域的研究和应用有所帮助。
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。
光学薄膜完整版全解
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试120分钟考试时间:17周周三下午3:00—5:00 （12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分，计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1.光束斜入射到膜堆时，s—偏振光的反射率总是比p—偏振光的反射率高（正确）2.对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3.对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4.膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5.简单周期性多层膜，在其透射带内R«1 （错误）6.在斜入射情况下，带通滤光片S—偏振光的带宽比p—偏振光的带宽为大（正确）7.在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）& 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9.斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（AI： 0.64-/5.50, Ag： 0.050-/2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10.高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章薄膜光学特性计算基础1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、麦克斯韦方程组：Vx//= / + —(1) dtVxE = -^y(2)V»D = p(3)▽• 3 = 0(4)6、物质方程:D = sE \B = pH7、 光学导纳：y =也瓦\KxE\ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
9、 特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数cos q — sin §z?/1 sin q cos ®11、 虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是几/2或其整数倍时，该层存在对于中心波长 处的透过率/反射率无影响，因此称为虚设层。
大学物理17光学习题
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已知：l=680nm，L =12cm， d =0.048mm 解：
l l sin q = 2 L l l lL l =2 = 2d/L = 2d sinq
680×120 = 2×0.048 =0.85 (mm)
120 =141(条) L k= l = 0.85
q
d
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17-16 一玻璃劈尖的末端的厚度为0.05 mm，折射率为1.50，今用波长为700nm 的平行单色光以300的入射角射到劈尖的上 表面，试求： (1)在玻璃劈尖的上表面所形成的干涉条 纹数目； (2)若以尺寸完全相同的由两玻璃片形成 的空气劈尖代替上述的玻璃劈尖，则所产生 的条纹数目又为多少?
结束 返回
解： (1) 对于钠光 dsin j 0 = l 对于l1光 dsin j = l1
j0 = 0.20
j =0.220
sin j l sin 0.220 l1 = = sin0.20 ×5894 sin j 0 =684.2×10-4 (nm)
l (2) 放入水中后 l2 = n sin j 0 sin0.20 sin j = n = 1.33
=637 (nm)
结束 返回
17-10 白光垂直照射在空气中厚度为 0.40mm的玻璃片上，玻璃的折射率为1.50， 试问在可见光范围内 (l =400~700nm)， 哪些波长的光在反射中增强?哪些波长的光 在透射中增强?
结束 返回
解：若反射光干涉加强 解： l 2ne + 2 =kl k=1,2,3...
结束
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17-1 在双缝干涉实验中，两缝的间距为 0.6mm，照亮狭缝S 的光杠杆汞弧灯加上绿 色滤光片，在2.5m远处的屏幕上出现干涉条 纹，测得相邻两明条纹中心的距离为2.27 mm。试计算入射光的波长。
光学薄膜-基础知识
光学薄膜----基础知识介绍光是什么？光是一种电磁波，（在真空中的）可见光波长范围是700~400nm；红外光为约700到107nm量级;紫外光1-400nm；比紫外光短的还有X射线、γ射线（<0.001nm）等；而比红外长的就是我们熟悉的无线电波什么叫光的干涉？物理定义：当2个或多个光波（光束）在空间叠加时，在叠加区域内出现的各点强度稳定的强弱分布现象。
产生的条件：1、光波产生的相位差固定不变2、光波的振幅不能相互垂直3、光波的频率要一致什么叫做光学薄膜？所谓光学薄膜，首先它应该是薄的 然后它应该会产生一定光学效应的那么要薄到什么程度呢？定性的讲：它的厚度应该和入射光波长可以相比拟的物理意义上讲：能引起光的干涉现象的膜层与镀膜技术密切相关的产业眼镜镀膜----AR 幕墙玻璃----AR滤光片液晶领域----ITO膜 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激光领域----激光反射腔高反射膜CD、DVD驱动器投影显示数码领域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、保护膜等当前最热门的应用领域1、数码相机用的IR-CUT2、投影显示光学系统----包括LCD、DLP、LCOS3、光通讯：DWDM (dense wavelengh divisionmultiplexer)滤光片4、减反射膜----永远的热门一、光学薄膜的类型我们根据其作用，可以简单的分为1、减反射膜或者叫增透膜2、分束膜3、反射膜4、滤光片5、其他特殊应用的膜一、减反膜1、减反膜的作用o增加光学系统透过率o减少杂散光o提高象质o增加作用距离一、减反膜2、减反膜按层数分类o单层减反膜o 双层减反膜一、减反膜012345400450500550600650700单层膜、λ/4-λ/4和λ/2-λ/2型双层增透膜理论曲线% R e f l e c t a n c eo 多层减反膜一、减反膜012345K 9基底上各种设计的增透膜理论曲线比较% R e f l e c t a n c e一、减反膜3、另一种分类单点减反宽波段减反（超宽波段） 双波段减反宽角度减反减反膜几个重要的技术指标•使用的波段•使用的角度或者角度范围•剩余反射率要求•使用环境•在激光领域还有激光阈值要求一般来讲，分束膜总是倾斜使用，常用的是45度。
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。
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A i2
G
n3
B i3F
ET1 ET2 ET3 ET4
在无吸收的情况下 t12t21 1 r122
ER
ERm
m1
E0r12
ER2
1 r21r23 exp(i)
2 0
[n2 (2 AB)
n1 AD]
4 0
n2d
cos i2
上表面各光波的复振幅为：
d ER1 E0 r12
ER2 E0 t12 r23 t21 exp(i)
ER3 E0 t12 r23 r21 r23 t21 exp(i2) ER2r21 r23 exp(i)
ER4 ER2 (r21 r23 )2 exp(i2)
…………
r12 1 r12
r23 exp(i) r23 exp(i)
E0
ERm ER2 (r21 r23 )m2 exp[i(m 2)]
r23 cos() r23 cos(
)
(3)
在正入射的情况下，i1= i2= i3=0，则有：
4 0
n2d
(6)
r12
n1 n1
n2 n2
(7)
r23
n2 n2
n3 n3
(8)
R
(n1
n3 )2
cos2
2
( n1n3 n2
n2 )2
sin 2
2
(n1
n3 )2
cos2
2
( n1n3 n2
n2 )2
R
1
1
(1 r122 )(1 r223)
r122r223 2r12 r23 cos()
(1
r221 )(1
r223 )
0
cos 1 (11)
r12
n1 n1
n2 n2
r23
n2 n2
n3 n3
(10)
r12r23 0
Rm
( r12 r23 )2 1 r12r23
( n1 n1
n3 n3
4 0
n2d
(2N
1)
Rm
( r12 r23 1 r12r23
)2
(
n22 n22
n1n3 n1n3
)2
(15)
N 0,1, 2,L
n2 n1n3 (16b)
n2d
(2N
1)
0
4
N 0,1, 2,L (16a)
Rm 0
消反射条件
RM
( n1 n3 )2 n1 n3
Rm
( n22 n22
R
IR I0
|
ER E0
|2
r122 r223 1 r122r223
2r12r23 cos() 2r12 r23 cos(
)
(3)
单层薄膜透射率：T
n3 cos i3 n1 cos i1
1 r122r223
t122t223
2r12 r23 cos()
(1 r122 )(1 r223 )
n1n3 n1n3
)2
n2d
N
0
2
N 0,1, 2,L
n2d
(2N
1)
0
4
N 0,1, 2,L
这样的膜层称之为消反膜或增透膜。
9
n2= 3
单层膜的 R ~ (d)曲线图
n2=2 n2=1.7 n2=1.23
n2=1.35 n2=1.38
10
(2)、n1<n2>n3(或n1>n2<n3)
…………
ETm ET1(r23 r21)m1 exp[i(m 1)]
4
于是得到单层薄膜反射系数：
r ER r12 r23 exp(i)
(1)
E0 1 r12 r23 exp(i)
和透射系数：
t ET t12t23 exp(i)
(2)
E0 1 r12 r23 exp(i)
单层薄膜反射率：
第十七次课、薄膜光学基础
内容 一、单层膜的分光特性 (二、双层消反膜) (三、多层增反膜)
1
n1=1 n2=1.5
n1=1
96%的光透射 通过两个界面后，92%的光透射
比较复杂的光学系统中光能的损失将是比较严重的，例如 八个折射率为1.5的透镜并列组成的光学系统，沿着系统中轴 传播的光能反射损失就大约达到48%。
对于现代更加复杂的光学系统(如变焦距物镜包括十多个透 镜)来说，可想而知，光能的反射损失就更严重了。所以必须 消除或者减少反射。
有效的解决办法就是在玻璃零件表面镀制起增透(减反射) 作用的薄膜。
2
一．单层膜的分光特性
上表面相邻两束光的位相差：
E0
ER1 ER2 ER3 ER4
n1 i1 D C
n2
( r12 r23 )2 1 r12r23
( n1 n3 )2 n1 n3
(12)
位相厚度
4 0
n2d
2N
N 0,1, 2,L
n2d
N
0
2
光学厚度
N 0,1, 2,L
(13)
8
R
1
1
(1 r122 )(1 r223)
r122r223 2r12 r23 cos()
(10)
cos 1 (14)
sin 2
2
(9)
6
n2= 3
单层膜的 R ~ (d)曲线图
n2=2 n2=1.7 n2=1.23
n2=1.35 n2=1.38
7
(1)、n1<n2<n3(或n1>n2>n3)
R
r122 r223 1 r122r223
2r12r23 cos() 2r12 r23 cos()
(3)
(1 r221)(1 r223) 0
R
1 1
1 r122r223 r122 r223
r122r223 2r12 r23 cos()
1 1
(1 r122 )(1 r223)
r122r223 2r12 r23 cos()
(10)
cos 1 (11)
r12
n1 n1
n2 n2
r23
n2 n2
n3 n3
r12r23 0
RM
ET 2 E0 t12 r23 r21 t23 exp(i)
ET1 r23 r21 exp(i)
E0t12t23 {(r23r21)m1 exp[i(m 1))]} m1
t12t23 exp(i) 1 r12 r23 exp(i
)
E0
ET 3 ET1 (r23 r21)2 exp(i2)
其中，r21=-r12
3
E0
ER1 ER2 ER3 ER4
下表面相邻两束光的位相差：
n1 i1 D C
n2
A i2
G
n3
B i3F
ET1
ET ETm
m1
ET2 ET3
d
2 0
[n2 (2BC)
n3 BF ]
4 0
n2d
cos i2
下表面各光波的复振幅为：
ET1 E0 t12 t23
ET4
) 2(17)
cos 1 (14)
1 r122r223 2r12 r23 cos()
(Hale Waihona Puke )由(3)和(4)式得：R+T=1
(5)
上式是在薄膜无吸收的情况下的结果。
5
4 0
n2d
cos i2
r r12 r23 exp(i)
(1)
1 r12 r23 exp(i)
R
r122 r223 1 r122r223
2r12 2r12