光学薄膜膜系设计
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。
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
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 1.52/1.7,1.38/1
缺点：1、剩余反射率还太高 2、破坏色平衡 3、通带越来越窄（和单层膜 比较）
(2m1)
4
2 13
例子
• 折射率为1.52的玻璃，要在波长500纳米处垂直入 射. 得到零反射率，需要做什么样的膜层，也就是 如何选择折射率和薄膜的光学厚度？
nd cos / 4 当 0时， nd 125（纳米）
n n0 n2 1 1.52 1.2329
单层减反射膜 1.52/1.38/1
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
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
0.00136
R2min
2.051.622 2.051.622
//11..55222
0.00733
三层减反射膜 2
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
量——相对波数 g， g0 。
R
0.015
R0与 无n 2 关。
R
即:
R0nn00
n12 n12
nS nS
2
0.04
B. 存在102 R 1 R2 R0
Hale Waihona Puke Baidu
C. n2n1 n2nS
1 0 2
D. R 1 fn 1 ,n 2 ,n S R 2 fn 1 ,n 2 ,n S
1.2 双层减反射薄膜的设计
W型双层减反射膜
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
R1min
2.051.382 2.051.382
//112
并且光学厚度为设计波长的四分之一 • A代表出设介质（一般为空气）
1.1 单层减反射薄膜的设计
R (1 3)2 cos2 (13 /2 2)2 sin2 0 (1 3)2 cos2 (13 /2 2)2 sin2
(2m1)
2
,13
/2
2
0
(2m1)
2
2N1d cos
N1d
cos
各层膜参数对膜系总体性能的影响规律 a. 改变(N2 d2)，可使移到不同的波长； 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
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。
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
2
)
0 0 膜堆
24
特点: 可得到W形透射光谱曲线。
• K91H2H3 1.63, 1=1.95, 2=2.32, 3=1.871.38
• 1=1.95 0.379H20.215L0.379H2
• 3=1.87 0.288L0.384H20.288L
• K9 0.379H20.215L0.379H2 H2 0.288L0.384H20.288L
• K9/1.14M 0.364H20.21L2.63H2 0.253L0.368H21.14
• 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。
1、减反射薄膜的设计
• 光学元件表面反射造成的问题 • 光能量损失，使像的亮度降低； • 杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降。
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
1.5 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
• 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
1.1 单层减反射薄膜的设计
• 规整膜系：各层薄膜的光学厚度为设计波 长的四分之一。
• 设计波长（参考波长、中心波长） • 膜系：， • G代表基底 • H（L、M）代表高（低、中）折射率膜层
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
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 1.52/1.7,1.38/1
缺点：1、剩余反射率还太高 2、破坏色平衡 3、通带越来越窄（和单层膜 比较）
(2m1)
4
2 13
例子
• 折射率为1.52的玻璃，要在波长500纳米处垂直入 射. 得到零反射率，需要做什么样的膜层，也就是 如何选择折射率和薄膜的光学厚度？
nd cos / 4 当 0时， nd 125（纳米）
n n0 n2 1 1.52 1.2329
单层减反射膜 1.52/1.38/1
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
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
0.00136
R2min
2.051.622 2.051.622
//11..55222
0.00733
三层减反射膜 2
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
量——相对波数 g， g0 。
R
0.015
R0与 无n 2 关。
R
即:
R0nn00
n12 n12
nS nS
2
0.04
B. 存在102 R 1 R2 R0
Hale Waihona Puke Baidu
C. n2n1 n2nS
1 0 2
D. R 1 fn 1 ,n 2 ,n S R 2 fn 1 ,n 2 ,n S
1.2 双层减反射薄膜的设计
W型双层减反射膜
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
R1min
2.051.382 2.051.382
//112
并且光学厚度为设计波长的四分之一 • A代表出设介质（一般为空气）
1.1 单层减反射薄膜的设计
R (1 3)2 cos2 (13 /2 2)2 sin2 0 (1 3)2 cos2 (13 /2 2)2 sin2
(2m1)
2
,13
/2
2
0
(2m1)
2
2N1d cos
N1d
cos
各层膜参数对膜系总体性能的影响规律 a. 改变(N2 d2)，可使移到不同的波长； 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
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。
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
2
)
0 0 膜堆
24
特点: 可得到W形透射光谱曲线。
• K91H2H3 1.63, 1=1.95, 2=2.32, 3=1.871.38
• 1=1.95 0.379H20.215L0.379H2
• 3=1.87 0.288L0.384H20.288L
• K9 0.379H20.215L0.379H2 H2 0.288L0.384H20.288L
• K9/1.14M 0.364H20.21L2.63H2 0.253L0.368H21.14
• 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。
1、减反射薄膜的设计
• 光学元件表面反射造成的问题 • 光能量损失，使像的亮度降低； • 杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降。
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
1.5 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
• 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
1.1 单层减反射薄膜的设计
• 规整膜系：各层薄膜的光学厚度为设计波 长的四分之一。
• 设计波长（参考波长、中心波长） • 膜系：， • G代表基底 • H（L、M）代表高（低、中）折射率膜层