光学薄膜工艺基础知识培训
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contents
目录
• 光学薄膜概述 • 光学薄膜的制造工艺 • 光学薄膜的性能参数 • 光学薄膜的应用案例 • 光学薄膜的未来发展
光学薄膜概述
01
光学薄膜的定义与分类
总结词
光学薄膜是附着在光学元件表面的超薄光学介质膜层，具有 特定光学性能。根据应用需求，光学薄膜可分为增透膜、反 射膜、滤光膜等。
溅射镀膜
总结词
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在基 材表面形成薄膜的过程。
详细描述
溅射镀膜具有较高的沉积速率和薄膜质量，适用于大面积基材的镀膜。其优点在 于可以获得高纯度、高密度、高附着力的薄膜，但缺点是需要高真空设备和较高 的能耗。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是一种利用化学反应将气体中的元素或化合物转化为固态薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积具有较高的薄膜质量和可调的化学成分，适用于各种金属、非金属材料和介质表面的镀 膜。其优点在于可以获得高纯度、高密度、高附着力的薄膜，但缺点是需要高温和复杂的化学反应条 件。
溶胶-凝胶法
总结词
溶胶-凝胶法是一种利用溶液中的前驱体在基材表面形成凝胶膜，然后经过热处理得到 固态薄膜的过程。
光学薄膜在新型显示技术中的应用
液晶显示
光学薄膜在液晶显示中起到关键作用 ，通过调节光学薄膜的反射和透射特 性，可以提高液晶显示器的亮度和对 比度。
OLED显示
在OLED显示中，光学薄膜可以起到保 护、增亮和提升色彩质量的作用，提 高OLED显示器的使用寿命和显示效果 。
THANKS.
光学薄膜的未来发展
05
新材料的研究与应用
光学薄膜新材料
《薄膜光学基础》PPT课件
1 2
3
先考虑由基底g和膜层3
g
组成的单层膜系统。
由式(3-225)可得，此单层膜系统的反射系数：
r r23 r3g exp( j) 1 r23r3g exp( j)
由于是λ。/4膜系，所以：
r r23 r3g 1 r23r3g
1
再考虑由膜层2和反射系
2
数为 r 的等效膜层(3,g)
2
R1
nA nA
nI nI
式中
nI
nH2 nG
是镀第一层膜后的等效折射率。若在高折射率膜层上再镀一层
低折射率膜层，其反射率为
2
R2
nA nA
nII nII
式中
nII
nL2 nI
nL nH
2
nG
是镀双层膜后的等效折射率。依此类推，当膜层为偶数(2p)层 时， (HL)p膜系的等效折射率为
3
组成的“单层膜”系统。
g
这样，此“单层膜”系统的反射系数：
r r12 r 1 r12 r
最后得到双层膜系统的反射系数：
r r12 r23 r3g r12r23r3g 1 r12r23 r12r3g r23r3g
考虑到正入射的菲涅耳系数：
rij
ni ni
nj nj
令r＝0，可得双层减反膜的材料折射率条件：
此时反射率最小，透过率最大：
Rm
r12 1
r23 r12r23
2
n22 n22
n1n3 n1n3
2
Rm
r12 1
r23 r12r23
2
n22 n22
n1n3 n1n3
2
当满足下面条件时，R＝0，消反射：
光学薄膜基本工艺讲义
（3）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扩散进 行工作的。 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＝Pf exp（-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。
（4）吸附泵 原理：利用表面积很大的多孔吸附剂的物理吸附作用而进 行抽气。为了加强吸附作用，一般用液氮进行冷却。 适用于超高真空设备。 （5）溅射离子泵 原理：利用磁控管放电，使气体分子电离，离子因被电场 加速而撞击钛阴极、阴极捕集离子－第一抽气原理； 溅射的钛原子产生吸气－第二抽气原理。 （6）升华泵 原理：对钛丝或钛球通电加热使钛升华。
（2）电阻加热蒸发 a、蒸发源材料的选择 （1）蒸发源材料的熔点和蒸汽压； 采用高熔点的材料作为加热器，同时要必须考虑蒸发源材 料作为杂质进入薄膜的量。
蒸发源材料 熔点（℃） 平衡温度
蒸汽压(10-8)Torr 石墨C
钨W 钽 Ta 钼Mo 铌 Nb 铂 Pt
10-5Torr，a-管道半径（cm），l－管道长度（cm）
真空室Q值 主要考虑材料放气 真空室材料不锈钢，每平方厘米不锈钢表面放气上有 1×10-6Pa.L/s的放气量，1L的真空室有600平方厘米的内 表面，总放气量为6×10-4Pa.L/s. 如何减少放气量： （1）采用放气量少的材料； （2）材料进入真空室时进行适当处理； （3）在真空室内烘烤。 如何保证抽速： （1）为了充分发挥泵的性能，必须尽可能粗而短； （2）泵的抽速配臵合理； （3）系统的漏气量小。
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。
THANKS
感谢观看
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。
光学薄膜基础知识共64页
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
Байду номын сангаас
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
光学薄膜的基础知识与防反射膜 (中文版)
光學薄膜的基礎知識與防反射膜真空器械工業株式會社薄膜應用技術課1.光學薄膜的基礎知識1.1屈折率與分散1.2膜厚1.3重復反射1.4特性矩陣1.5等價膜2.單層防反射膜2.1單層防反射膜的理論2.2由MgF2構成的單層防反射膜3.雙層防反射膜3.1QQ型防反射膜3.2HQ型防反射膜4.3層防反射膜1.1受中間層屈折率變化的影響1.2受不均質膜的影響1.3受膜分散的影響5.4層防反射膜6.5層防反射膜7.7層防反射膜1.光學薄膜的基礎知識 1.1 屈折率与分散 屈折率光的速度是自然界的常數,在真空中光的速度C 的定值是300,000km/秒.但在透明的介質中,光的速度值卻很小. 譬如: 當在水中時,光在真空中的速度可高達75%(0.75C). 然而在玻璃中的速度僅約0.66C.真空(實用的空氣)中的光的速度与介質中的光的速度V 之間的比C ／V 稱為:其波長的光的介質屈折率. 通常用n 表示.也就是,介質中的光的速度與真空中的光的速度之間的關係為1／n.因此,水的屈折率是1.33, 玻璃的屈折率約為1.52.(圖1.1 介質中光的速度 )那麼,為何將光的速度比C ／V 命名為屈折率呢? 現在請參照圖1.2, 光從真空入射到介質後從而形成了入射角i. 真空中的波長λ0 ,介質中的波長λ的表示式如下:λ0 =λ = 但是, ν被視為光的振動數. 因此可得出:= = n ( 1.1 )(圖1.2 折射的規則 )n 值大, r 值則變小. 也就是說, n 值可決定入射到介質上的光的折射角度. 因此,把光的速度比C ／V 命名為屈折率.光的折射誘致人們產生諸多錯覺, 請看下列的事例.(1) 假如從外界來看水槽中的魚,其結果是魚比實際更接近於水面.且距離也特別近.(圖1.3 折射—例1 ; 水中的魚 )(2) 厚玻璃杯中的啤酒看起來卻比實際裝入的啤酒多.這是由於啤酒產生的光射到厚玻璃杯的兩個方向,因此可看到玻璃厚度比實際的薄. 倘若光直接照射時,肉眼立即會知曉. 如c ννV λ0λ Sin i Sin r c ν=果把它視為光從圖1.4的虛線方向射入,便會讓我們誤認為玻璃杯的外側也盛滿了啤酒.,(圖1.4 折射—例2 ; 啤酒杯 )分散不同振動數(即: 波長)的光在透明物質中是以不同的速度傳播的,所以會出現多種折射現象並且折射的量(即: 角度)會變遠. 假如利用棱鏡使光實現再次曲折,此時顏色各異的光可以清楚地分離開來. 由於光的振動數(距離)不同而產生了顏色分離的現象被稱之為：光的分散(Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ).最能充分說明分散現象的是:在自然現象中由於陽光射到空气的水滴里,發生光的反射和折射就形成了彩虹.(圖1.5 利用棱鏡實現分散 )(圖1.6 欲看到彩虹需具備的條件 )(圖1.7 利用水滴實現分散 )(i) 玻璃的分散通常情況下,透明介質的分散表達式為:n = A + ( 1.2 )但是, A 、B 、C 是用物質固有的常數表示, 如對具有代表性的玻璃( BK7、SF6 )進行計算,可得出 圖1.8 與 圖1.9的結論.(圖1.8 玻璃BK7的分散狀況 )(圖1.9 玻璃SF6的分散狀況 )如對各種玻璃中的光的速度進行比較可得知: 波長800nm 的光相對於波長400nm 的光,其BK7 約快1.3%, SF6 約快 4.5%.(ii) 鍍膜物質的分散具有光學性質的透明鍍膜物質“誘電體＂同樣會發生分散,特別是作為高屈折率材料被人們廣泛使用的T i O 2 /Z r O 2兩物質分散的程度更大.基板BK7鍍了1層膜厚nd=3λ0／4 (λ0 = 650nm )的T i O 2, 其分光透過率特性如圖1.10 (圖1.10 基板BK7鍍上T i O 2 nd=3λ0／4 膜層的分光透過率特性λ0 = 650nm )λ-B C從圖1.10可得出T i O2的屈折率分散式:n = 2.331 + 無分散時,正如圖1.11曲線B 所示,波長650nm 極值以外的各波峰(peak)所顯示的波長值不同於有分散時的狀況(已發生偏移). 另外,無分散時,波長650nm 与390nm 的極值透過率相同.另: 圖1.12中已列舉出各種鍍膜物質的透過波長範圍表. 在膜設計時理當考慮波長分散. (圖1.11 基板BK7鍍上T i O 2 nd=3λ0／4 膜層的理論分光透過率特性λ0 = 650nm ) (圖1.12 各種鍍膜物質的透過波長範圍表 )1.2 膜厚如前項所述,光的速度會受介質的不同而變化.但它的振動數卻不變. 如圖1.13所示的那樣,如把各類波長以λ0 ,λ; 速度以c , v ; 光的振動數以ν表示,其介質的屈折率n 為:n = = =∴ λ= λ0 ／n(圖1.13 真空与介質的關係 )也就是,屈折率n 的介質中的波長λ比真空中的波長λ0小. 因此,在屈折率n 的介質中所包含的距離d 的波數是:= 真空狀態下nd 的距離中所包含的波形數是相同的.也就是指,把屈折率n 的介質中的長度d 換算成真空中的話,就相當於光學上的nd. 因此, nd 也稱作光學距離或是光學膜厚. 在光學薄膜中僅僅把它單純地稱之為膜厚時,通常指的光學膜厚.這類光一旦通過幾何學中的膜厚d 的介質,它在真空中的波動与位相差δ的關係為:δ= × d = × nd ( 1.3 )= [ 自由空間中的傳播系數 ( ) ] × [ 介質中的光路 ( nd ) ]λ- 317.72213.888 λ0ν λνc νλ0 λ d λ nd λ02π λ λ0 2π λ02π在光的干擾原理中,此位相差δ極其重要. 在光學方面,透明薄膜的光學性質(分光特性)是 由於膜厚nd 与真空中的波長而形成了此特徵.1.3 重復反射兩面平行且在無吸收的介質(屈折ns )中, 當光垂直入射,則會產生像圖1.14在2個界面重復反射,剩餘的則作為透過光向外射出. 倘若把各界面的反射率視為R 0 , R 1 ,其反射光為:I 1 = I 0 R 0I 2 = I 0 ( 1 - R 0 ) 2 R 1I 3 = I 0 ( 1 - R 0 ) 2 R 1 2 R 0↓於是透過光則為:I 1 t = I 0 ( 1 - R 0 ) ( 1 - R 1 )I 2 t = I 0 ( 1 - R 0 ) R 1 R 0 ( 1 - R 1 )I 3 t = I 0 ( 1 - R 0 ) R 1 2 R 0 2↓因此,全反射光ΣR 為:ΣR = I 1 + I 2 + I 3 + ．．．= I 0 [ R 0 + ( 1 – R 0 ) 2 R 1 { 1 + R 1 R 0 + R 1 2 R 0 2 +．．．}] I 0 { R 0 +} = I 0∴反射率R = ( 1.4 )另外,全透過光ΣT 是:ΣT = I 1 t + I 2 t + I 3 t + ．．．= I 0 ( 1 – R 0 ) ( 1 – R 1 ) ( 1 + R 0 R 1 + R 0 2 R 1 2 +．．． ) ( 1 - R 0 ) 2 × R 11 - R 1 R 0 ～R 0 + R 1 - 2R 1 R 0 1 - R 1 R 0R 0 + R 1 - 2R 1 R 0 1 - R 1 R 0I 0= I 0∴透過率T =( 1.5 )介質兩面的反射率相等時, 公式 ( 1.4 ) 與 ( 1.5 )中,假設R 0 = R 1 , 則反射率為:反射率R = ( 1.6 )透過率T = ( 1.7 )另外, 單面的反射率R 0 為:R 0 = ( ) 2( 1.8 ) 使用公式( 1.8 ) 與 ( 1.6 )計算: 當光垂直入射到透明玻璃表面時的單面以及兩面的反射率,可得出像表1.1那樣的數值.屈折率ns = 1.50的單面反射率是4.0%, 然而在兩面時並非為它的2倍8.0%, 卻是7.69%. 表1.1 各種玻璃的反射率1.4 特性矩陣 (ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ )我們把不同介質的薄膜重疊多層, 使其境界面的反射光相互干擾的物體稱之為多層薄膜. 在多層膜中對於所期望的光學特性而未能滿足時,則采取增加膜層數的方式得以解決. 解析這類多層膜的光學特性的方法不勝枚舉,其中一種是: 使用極其有效的矩陣.詳細資料可參見文獻．書籍,在此只針對其概念以及它的實用性進行說明.( 1 - R 0 ) ( 1 – R 1 ) 1 - R 1 R 0 ～ 1 - R 1 - R 0 + R 1 R 0 1 - R 1 R 0 1 - R 1 - R 0 + R 1 R 0 1 - R 1 R 0 2R 01 + R 0 1 + R 0 1 - R 0 ( 1 - R 0 ) 2～1 + n s 1 – n s波長λ的光鍍在透明基板(屈折率ns)上所產生的屈折率n, 當垂直入射到幾何學中膜厚d 的無吸收．均質膜時,其光學特性矩陣是:M = cos δ sin δ ( 1.9 ) in sin δcos δ= m 11 im 12im 21 m 22但它的表達式則為:δ= × nd通常我們把它稱為特性矩陣或Ｈｅｒｐｉｎ ｍａｔｒｉｘ.此時,反射率R 与透過率T 為:R = ( 1.10 )T = ( 1.11 )如圖1.15所示, 多層膜中各層的特性矩陣分別為:M k , M k-1 , ．．．M 2 , M 1 時,其多層膜的光學性質是各矩陣的積:M = M k × M k-1 ×．．．M 2 × M 1( 圖1.15 k 膜層 )= Ai b i c D公式(1.10): 假如m 11 = A, m 12 = B, m 21 = C, m 22 = D, 那麼k 層膜的反射率便能輕易求解. 下面我們來關注一下位相δ. 固定λ後再使膜厚nd 發生變化,只有在膜厚變化的情況下才能計算出反射率與透過率. 相反,在固定膜厚nd 後再使λ發生變化,此時波長的反射率與透過率的變化(分光特性)便可計算出來. n i 2πλ(m 11 - ns × m 22 ) 2 + ( ns × m 12 - m 21 ) 2 (m 11 + ns × m 22 ) 2 + ( ns × m 12 + m 21 ) 2(m 11 + ns × m 22 ) 2 + ( ns × m 12 + m 21 ) 241.5 等價膜(ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ)在設計．制作多層薄膜時, 根據基板的屈折率選用持有所期望的屈折率之鍍膜藥材.為解決此問題,下記方法請掌握並靈活運用. (混合膜的方法)(1) 在真空中屈折率各異的2種物質已同時鍍膜.(2) 空氣中2種物質按照適當的重量比混合後再進行鍍膜.但是生產線若想制造出持有所期望的屈折率的混合膜,在再現性方面卻是很難實現的.為避免此類情況的發生, 与混合膜可媲美的是”等價膜”. 高低2種屈折率的物質被對稱地組合成三層膜,此時一波長的光可用均質膜替代(Ｈｅｒｐｉｎ定理) .當與光的波長相比較它的膜厚非常小時,比如等價膜厚在λ／4以下時,光學膜厚的變化對其等價屈折率波及的影響比預計小.像這類等價膜,在一定波長範圍內,它具有與均質膜相似的等價特性.也就是,如使用可互換的2種物質,就能夠制造出持有所期望的屈折率的薄膜.如圖1.16所示,當出現屈折率n 1, n 2 的對稱型3層交替層時,它的特性矩陣M 為: cos δ1 sin δ1 cos δ2 sin δ2 in 1 sin δ1cos δ1 in 2 sin δ2 cos δ2cos δ1 sin δ1 in 1 sin δ1cos δ1cos △sin △ in 1 sin δ1 cos △圖1.16 等價膜但它的關係則表示為:δ1 = ×ｎ1 ｄ1 , δ2 = ×ｎ2 ｄ2 , △= N D N 稱為等價屈折率, △稱為等價位相角.ni M = ×n i ni Ni = 2π λ 2πλ2πλ此時,當ｎ1＜ｎ2時,則ND=λ／4. 具體請參照ｎ1ｄ1 , ｎ2ｄ2的求解程式後再實際運用.該程式如圖1.17所示. 變量U与膜厚比2ｎ1ｄ1／ｎ2ｄ2、變量k1和k2与λ／4以及變量N3之間的膜厚系數(ｎ1ｄ1 = k1×λ／4) 皆被稱為等價屈折率.(圖1.17 對稱3層型等價膜的膜厚計算程式)由MgF2 (ｎ1 = １．３８)与Z r O2 (n = ２．０)構成的對稱3層型等價膜的膜厚与等價屈折率之間的關系請參照圖1.18.圖1.19是以眼鏡鏡片為代表的3層防反射膜(基板－A12 O3－Z r O2－MgF2 ) 的分光反射率特性, 再者, 將第1層的A12 O3 (ｎ= １．６１) 換成由MgF2与Z r O2構成的等價膜後,其分光反射率特性如圖1.20所示. 兩者比較後可得知, 雖說短波長和長波長之間存在些許差異,但由於等價膜的關係卻使它變得非常實用.(圖1.18 對稱3層型等價膜的膜厚與等價屈折率)[圖1.19 ng = 1．52, ｎ1 = 1．61(A12 O3),ｎ2 = 2．0(Z r O2) ](圖1.20 將A12 O3更換成由MgF2与Z r O2構成等價膜之分光反射率特性)* 間接輸入時如字面那樣它是指材質的種類數.ＡＩＲ／（ＨＬ）3ＨＨ（ＬＨ）5 ／ＮＳ1 2 3 4因此,此時材質的種類分4種. ( ＨＯＷ ＭＡＮＹ ＭＡＴＥＲＩＡＬ)在鍍膜(例如Ｈ,Ｌ等) 時,各鍍膜的材質与膜厚必須相同. 當然,Ｈ与Ｌ即使不同也沒關系.由此可見,材質相同但厚度不同時,可以直接輸入.下列例題是針對間接輸入進行了說明. (參見ＥＸ－１)ＤＩＲＥＣＴ ＩＮＰＵＴ（Ｏ） ＯＲ ＮＯＴ（１）在上記括號中輸入１例題的鍍膜模式是:ＮＳ／（ＨＬ）2ＨＨ（ＬＨ）2 ／ＮＳ1 2 3故材質種類變為3. ( ＨＯＷ ＭＡＮＹ ＭＡＴＥＲＩＡＬ)接下來在以下ＨＯＷ ＭＡＮＹ ＭＡＴＥＲＩＡＬ中輸入指定的鍍膜材質個數(例：３).各種鍍膜每種鍍膜名稱(Ｈ,Ｌ等由用戶定義), 膜厚(Ｎ×Ｄ,波長單位,基板的厚度也需象徵性地輸入,故此時輸為0即可), 鍍膜材質名(基板本身的玻璃名).鍍膜名稱的命名不能重復. (詳見示例)待以上內容輸入完畢後,有關鍍膜材質,基板玻璃的信息假如“鍍膜材質登錄文檔＂中沒有指定材質名時,便會出現ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＮＡＭＥ ＥＲＲＯＲ的錯誤警告,此刻則需要手動輸入屈折率及吸收系數. 按理說已登錄的鍍膜材質或是玻璃的輸入設定在出現輸入錯誤(ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＮＡＭＥ ＥＲＲＯＲ) 時,象徵性的輸入適當的值,待各種初期data均輸入完成後,根據ＭＩＮcommand再輸入即可解除. 膜厚輸入錯誤時,則使用ＮＤＩcommand訂正.屈折率以及吸收系數在輸入時,該程式已將屈折率設定為ｎ,吸收系數設定為ｋ,一般情況下需考慮波長分散性, 因此, 其數值(俗稱內插法) 如下:ｎ2= ａ0 +ａ1λ+ａ2λ2 +ａ3／λ2 +ａ4／λ4 +ａ5／λ6 +ａ6／λ8ｋ= MAX ｂ0 +ｂ1λ+ｂ2λ2 +ｂ3／λ2 +ｂ4／λ4 +ｂ5／λ6 +ｂ6／λ8上記是使用各7個最大系數ａ0 ~ａ6 , ｂ0 ~ｂ6所構成的公式. “從層次低~何項止”可指定輸入.※名詞解釋插值法又稱“內插法”，是利用函數f (x)在某區間中若干點的函數值，作出適當的特定函數，在這些點上取已知值，在區間的其他點上用這特定函數的值作為函數f (x)的近似值，這種方法稱為插值法。
光学薄膜工艺基础知识培训
•工艺因素对薄膜性能的影响机理大致为：
•一. 基片材料
• 1. 膨胀系数不同热应力的主要原因;
• 2. 化学亲和力不同影响膜层附着力和牢固度;
• 3. 表面粗糙度和缺陷散射的主要来源。
•二. 基片清洁
•残留在基片表面的污物和清洁剂将导致：
• 1. 膜层对基片的附着力差;
• 2. 散射吸收增大抗激光损伤能力差;
• 3. 透光性能变差。
•三. 离子轰击的作用
•提高膜层在基片表面的凝聚系数和附着力;提高膜层的聚集密度，氧化物膜层的透过率增加，折射率提高，硬度和抗激光损伤阈值提高。
•四. 初始膜料
•化学成分(纯度/杂质种类)、物理状态(粉/块)和预处理(真空烧结/锻压)影响膜层结构和性能
•五. 蒸发方法
•不同蒸发方法提供给蒸发分子和原子的初始动能差异很大，导致膜层结构有较大差异，表现为折射率、散射、附着力有差异。
•六. 蒸发速率
•速率是动能的又一表征，它对膜层的折射率、应力、附着力有明显影响。
•七. 真空度
•对膜层聚集密度，化学成分有影响，从而使膜层的折射率、硬度，牢固性发生变化。
•八. 蒸气入射角
•影响膜层的生长结构和聚集密度。
对膜层的折射率和散射性能有较大影响。
一般应限制在30°之内。
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。
光学薄膜工艺基础知识培训
喷墨打印技术
总结词
喷墨打印技术是一种通过将液态墨水以 微滴形式喷射到基材表面形成图案的方 法。
VS
详细描述
喷墨打印技术具有较高的分辨率和灵活性 ，适用于制备复杂图案和个性化定制的光 学薄膜。然而，由于需要高精度的喷墨设 备和高质量的墨水，因此制造成本较高。
03 光学薄膜的性能参数
光学性能参数
01
在照明领域，光学薄膜主要用于提高灯具的亮度和均匀性； 在摄影领域，光学薄膜可以提高照片的色彩和清晰度；在医 疗领域，光学薄膜可以用于手术显微镜、内窥镜等医疗设备 的制造。
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溅射镀膜
总结词
溅射镀膜是一种利用高能离子轰击靶材表面，使靶材原子或分子从表面溅射出 来，并在基材表面沉积形成薄膜的方法。
详细描述
溅射镀膜具有较高的沉积速率和薄膜质量，适用于制备高质量、高性能的光学 薄膜。然而，由于需要高能离子源和高真空环境，因此制造成本较高。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是一种利用气态化学反应在基材表面沉积形成薄膜的方法。
02 光学薄膜的制造工艺
真空蒸发镀膜
总结词
真空蒸发镀膜是一种在真空条件下，通过加热蒸发材料，使 其原子或分子从表面气化逸出，并在基材表面凝结形成薄膜 的方法。
详细描述
真空蒸发镀膜具有较高的沉积速率和较低的制造成本，适用 于大面积镀膜。然而，由于高温蒸发过程可能导致材料损失 和污染，因此需要严格控制真空度和蒸发源的纯度。
附着力与粘附性
描述薄膜与基材之间的粘 附能力，需满足一定的附 着力标准，确保薄膜不易 脱落。
抗张强度与韧性
薄膜在受到外力时的抗拉 伸和弯曲能力，是评估其 耐用性的重要指标。
光学薄膜-基础知识共64页文档
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！Leabharlann 光学薄膜-基础知识61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
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。
光学薄膜-基础知识
----基础知识介绍
光学薄膜-基础知识
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
光学薄膜-基础知识
什么叫光的干涉？
%
五、反射膜
在光学薄膜中，反射膜和增透膜几乎同样重 要。 对于光学仪器中的反射系统来说，一般单 纯金属膜的特性大都已经满足常用要求。在某 些应用中，要求更高的反射率则可用金属增强 镜。 而全介质多层反射膜，由于这种反射膜具 有最大的反射率和最小的吸收率因而在激光应 用和一些高要求的系统中得到了广泛的使用。
介质带通滤光片的结构为：介质反射膜/间隔层/ 介质反射膜/间隔层/介质反射膜．但是滤光片也可以
是混合结构，例如用一层金属膜如银膜代替两间隔之 间的介质反射膜形式如下：
介质反射膜/间隔层/金属膜/间隔层/介质反射膜
这是金属诱导透射滤光片的基本形式
这种滤光片的最大好处：长波无次峰、透射率较高
光学薄膜-基础知识
光学薄膜的类型与符号
光学薄膜-基础知识
光学薄膜的依附体 ——基板
光学薄膜-基础知识
光学上常用的基板
一、玻璃----在光学应用上最重要 二、陶瓷 三、光学晶体 四、光学塑料（如PC、PMMA等） 五、金属
光学薄膜-基础知识
一、玻璃
玻璃可以分为：
1、普通玻璃 2、无色光学玻璃 3、有色光学玻璃 4、特殊玻璃等
金属滤光片 全介质滤光片 双半波、三半波全介质滤光片 金属诱导透射滤光片
光学薄膜-基础知识
% T r a n s m it t a n c
光学薄膜-基础知识
四、带通滤光片
从光学薄膜的角度来讲，最有意义的进 展是1899年出现的法布里-珀珞干涉仪。 它是干涉带通滤光片的一种基本结构。而 自从1940年出现金属-介质滤光片以来， 它已经在光学、光谱学、激光、天文物理 学等各个领域得到了广泛的应用。
四、带通滤光片
法布里—珀珞的结构
四、带通滤光片
带通的主要参数
4、特殊玻璃
特殊玻璃可以包括 A、耐辐射玻璃
B、石英玻璃
C、隔热玻璃 D、微晶玻璃 E、耐热玻璃 F、硬质玻璃等。
二、光学塑料
塑料是什么？
塑料是一种以合成树脂或天然树脂(一般为高分 子聚合物)为基本成分，在加工过程中，可塑制成型， 产品最终能保持形状不变的材料。光学塑料乃是一 种可以与玻璃竞争的透明塑料。它具有一定的光学 特性、机械特性和化学特性，能满足光学零件的要 求，从而逐渐构成光学三大基本材料之—(玻璃、光 学晶体和光学塑料)。
数大，可分为冕火石（KF）、轻火石（QF）、钡火石 （BaF）、重火石（ZF）、镧H火石（LaF）等。
共有160多种之多。
无色光学玻璃一些技术指标
1、nd----指587.7nm(氦黄线)处的折射率； 2、nD----指589.3nm(钠黄线)处的折射率；
3、相对色散（阿贝数） υd 、 υD
----由nf(486.1nm)和nc(656.3nm)确定： υd= (nd -1)/(nf - nc)
类别 折射率nd允许差 值 ±2×10-4 类别 折射率nd允许差值
00
2
±7×10-4
0
±3×10-4
3
±10×10-4
1
±5×10-4
4
±20×10-4
玻璃的光学均匀性以一块玻璃中各部位间的折射率微差最大值 △nmax表示时，按下表分为4类。 类别 H1 折射率最大微差，△nmax ±2×10-6
光学薄膜基础知识
光学薄膜基础知识光学薄膜讲解内容：①光学薄膜的理论基础及应用范围和发展前景②光学薄膜基础理论知识③镀膜制备技术④镀膜材料⑤镀膜检测光学薄膜是一门综合性非常强的工程技术科学。
它的理论基础是电磁场理论和麦克斯韦方程，涉及光在传播过程中，通过多层介质时的反射、反射各偏振性能等。
随着科学的进步和人们生活水平的不断提高，促使镀膜技术得到了非速的发展。
在许多情况下，人们关心的是材料的表面，在普通的基底材料上若镀以适当的膜，就可以获得奇迹般的效果。
膜是物质存在的一种形式。
多年来，在膜的理论、制备工艺、测试方法和应用等方面，进行了大量的研究和开发工作，已发展成为一门新兴的边缘科学——膜学。
它涉及物理学、化学、数学等基础学科和材料、等离子体、真空、测量与控制等技术领域。
它是多种学科综合的产物，同时也促进了相关学科和技术的发展。
膜学是材料中最活跃、最富成效、最有前途的一项技术。
镀膜的方法很多，分类方法也各不相同。
按膜层的形成方法分类，可以分为干式镀膜和湿式镀膜。
干式镀膜是指要真空的条件下，应用物理或化学的方法，将材料汽化成原子、分子或使成电离成离子，并通过气相过程，在基体表面沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。
因此也有人称为气相过程或真空镀膜。
在干式镀膜中有以真空镀、溅射镀膜、离子镀为代表的物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
湿式镀膜是指将工件置于电解质溶液中，通过化学、电化学的方法，使其表面形成镀层，所以也有人称溶液法为液相沉积法，它可以分为电镀、化学镀、化学转化膜处理几种。
镀膜技术应用广泛，如太阳能电池、太阳能集热管、集成电路、半导体器件、平板显示器、光控及节能玻璃、信息储存作用器件、敏感元件、工模具超硬涂层及手表、眼镜、卫生洁具等日用品精钸层、塑料制品金属化、包装用塑料薄膜等各个领域，在工业现代化和国民经济发展中的越来越大，在国内外生产、科研、教学领域受到普遍重视，得到了迅猛发展。
光学薄膜基础理论知识光波：紫外光、可见光、红外光。
光学薄膜理论培训
2、电子束蒸发原理
电功率→电子动能→ 膜料热能 在极短时间内膜料温 度上升到几千度!!
2、电子枪结构
3、e形电子枪特点
优点:
1.强磁场使二次电子减少； 2.坩埚水冷,膜污染少； 3.材料蒸汽分子动能高,膜致密； 4.蒸发材料不分馏或分馏小； 5.灯丝藏下面,不易污染,寿命长； 6.有效抑制高压放电。
2、真空系统－真空泵
2、真空系统－真空泵
②罗茨泵
• 不能在大气下工作，当压强＜10+4Pa时才可启动。 • 转速较大可以达到3000转/分。 • 关机时，在关闭罗茨泵后，需要等待30秒，让罗茨泵逐渐停止转动 后，方可关闭机械泵
2、真空系统－真空泵
2、真空系统－真空泵
③扩散泵
结构：冷阱、铝制的各级伞形喷嘴（一般为三级喷嘴）和蒸气导管是扩散
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1、真空
（3）、分类
分类 粗真空 特性 低真空 102~101
高真空
超高真空
真空度范围 （Pa）
气流特点
＞103
10-1~10-6
＜10-6
气体分子之间 有大量碰撞
过渡区域
气体分子之 间较少碰撞
气体分子之间 间几乎不碰撞
真空在薄膜制备中的作用
（1）减少蒸气分子与残余气体分子的碰撞； （2）抑制残余气体和蒸发分子之间的反应；
首先它应该是薄的 基于光的干涉效应（比如光圈——牛顿环，也是基于光的 干涉效应）
3、光学薄膜的类型与符号
1.减反膜 2.滤光膜
3 保护膜
4 内反射 5 外反射 6 高反膜 7 分束膜 8 分色膜 9 偏振膜
10 导电膜
6
4、光学薄膜在光学系统中的作用
提高光学效率、减少杂光。如减反射膜（AR）、高反射 膜（HR） 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、憎水膜、透明 超硬膜等
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• 1.工艺参数与薄膜性能的关系
• 2.影响光学性能的因素
3.影响薄膜机械性能的因素
4.影响薄膜环境稳定性的因素
•
5.总结
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• 所以工艺因素对膜层内部结构产生了影响，使得对
薄膜的各种性能产生影响 ,总结影响如图所示：
十. 镀后烘烤处理
§ 有助于应力释放和环境气体分子及膜层分子的
热迁移，可使膜层结构重组。因此，可使膜层折射
率、应力、硬度有较大改变。
§ 以上所述的10个工艺因素对膜层性能的影响，
是依据实际工艺项目和膜层宏观性能统计汇总得出 的。
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• 综合分析结果：
工艺因素对膜层性能的影响，主要集中在四类
工艺因素对膜层四种性能的作用上：
工艺作用 膜料原子 制膜环境 膜与基片
膜层性能
聚集密度
+
+
附着力
+
+
应力
+
+
缺陷
+
+
+
显然，成膜原子/分子迁移能和凝聚力的大小， 几乎对膜层的所有性能都有影响。因此，PVD技术 的发展，几乎都是针对提高成膜粒子迁移能，凝聚 力而进行的。
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状态（粉/块）和预处理（真空烧结/锻 压）影响膜层结构和性能
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• 五. 蒸发方法
•
不同蒸发方法提供给蒸发分子和原子的初始
动能差异很大，导致膜层结构有较大差异，表现
为折射率、散射、附着力有差异。
• 六. 蒸发速率
•
速率是动能的又一表征，它对膜层的折射率、
应力、附着力有明显影响。
• 2. 散射吸收增大抗激光损伤能力差；
• 3. 透光性能变差。
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• 三. 离子轰击的作用
• 提高膜层在基片表面的凝聚系数和附
着力；提高膜层的聚集密度，氧化物膜 层的透过率增加，折射率提高，硬度和 抗激光损伤阈值提高。
• 四. 初始膜料
• 化学成分（纯度/杂质种类）、物理
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• 工艺因素对薄膜性能的影响机理大致为：
• 一. 基片材料
• 1. 膨胀系数不同 热应力的主要 原因 ；
• 2. 化学亲和力不同
牢固度；
影响膜层附着力和
• 3. 表面粗糙度和缺陷 散射的主要来源。
• 二. 基片清洁
• 残留在基片表面的污物和清洁剂将导致：
• 1. 膜层对基片的附着力差；
• 工艺因素优选
• 工艺因素优选通常采用正交实验，它是研究
和处理多因素实验的方法，它在理论和实践的基 础上，利用正交表进行实验，这种方法的优点是 能在很多实验条件中找出代表性强的少数条件， 通过很少几次实验，找出较优的工艺因素，其步 骤如下：
• 1.定指标、挑因素、选水平； • 2.选用正交表、排表； • 3.安排实验方案、实验； • 4.分析实验数据、选取较优条件。
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• 七. 真空度
•
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对膜层聚集密度，化学成分有影响，从而使
膜层的折射率、硬度，牢固性发生变化。
• 八. 蒸气入射角
•
影响膜层的生长结构和聚集密度。对膜层的
折射率和散射性能有较大影响。一般应限制在 30°之内。
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• 九. 基片温度
宏观反映在膜层折射率、散射、应力、附着力 和硬度都会因基片温度的不同而有较大差异。