光学薄膜完整版报告

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）

8. 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（Al ：0.64-i 5.50，Ag ：0.050-i 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：

(1) -(2) (3)0(4)

D H j t

B E t

D ρB ∂∇⨯=+

∂∂∇⨯=∂∇∙=∇∙= 6、 物质方程：

D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩

7、 光学导纳：00

r H N Y K E εμμ==⨯

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

111111cos sin sin cos i i δδηηδδ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦

10、 虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是/2λ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。但该层其他波长处的透过率/反射率还是有影响的。

11、 等效界面：入射介质与薄膜和基底组合形成的等效介质之间的界面。

12、 等效界面的反射系数和反射率等于其所等效膜堆的反射系数和反射率：

()()00r Y Y ηη=-+，()()2

00R Y Y ηη=-+

13、 等效导纳求解的基本思想：

14、薄膜的位相厚度：11112cos N d πδθλ

=；有效光学厚度：111cos N d θ；光学厚度：11N d ；几何厚度：1d 。

15、单层介质膜层反射率的双重周期性：光学厚度和光波频率。 16、膜系的透射率 T 与光的传播方向无关.

17、由等效导纳计算的单层薄膜的反射率： ()()()()

()()220000222200111122220011111cos sin cos sin S S S R Y Y B C B C ηηηηηηηηδηδηηηηηδηδη=-+=-+⎛⎫⋅-⋅+-⋅ ⎪⎝⎭=⎛⎫⋅+⋅++⋅ ⎪⎝⎭

18、膜系等效定理

任意一个多层介质膜系都可以等效成双层膜；

只有对称结构的多层膜可以等效成一个单层膜。

一、典型膜系

㈠

减反射膜（增透膜）

1、减反射膜的主要功能是什么？

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。

★2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算

★3、掌握常见的多层膜系表达，例如G︱H L︱A代表什么？G︱2 H L︱A？

★5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。为了在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果，常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。

★6、V形膜、W形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。P16—17

V——G︱HL︱A

W——G︱2HL︱A

4、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

㈡高反射膜

★1、镀制金属反射膜常用的材料有铝（Al）、银（Ag）、金（Au）、铬等。

★2、金属反射膜四点特性。P29

①高反射波段非常宽阔，可以覆盖几乎全部光谱范围，当然，就每一种具体的金属而言，它

都有自己最佳的反射波段。

②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。如Al、Cr、Ni（镍）与玻璃附着牢固；而Au、

Ag与玻璃附着能力很差。

③金属膜层的化学稳定性较差，易被环境气体腐蚀。

④膜层软，易划伤。

㈢分光膜

1、什么是分光膜？

中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光，也即它在一定的

波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率和反射率之比值——透反比。因而反射光和透射光不带有颜色，呈色中性。

★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点：

金属分束镜p32

优点：中性好，光谱范围宽，偏振效应小，制作简单

缺点：吸收大，分光效率低。

使用注意事项：光的入射方向

介质分束镜p30

优点：吸收小，几乎可以忽略，分光效率高。

缺点：光谱范围窄，偏振分离明显，色散明显。

4、偏振中性分光膜只适应于自然光和圆偏振光的中性分束；

5、偏振中性分光膜分出的两束光，光强相等，但偏振状态不同，是两束振动方向互相垂直的线偏振光。因此，也将其称为偏振分光（束）膜。

5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振，实现50/50中性分光。

㈣、截止滤光片

★1、什么是截止滤光片？什么是长波通、短波通滤光片？p33

截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射的干涉截止滤光片。

抑制短波区、透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片。

抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。

㈤、带通滤光片

★1、什么是带通滤光片？P58

在一定的波段内，只有中间一小段是高透射率的通带，而在通带的两侧是高反射率的截止带。

二、薄膜制造技术

1、“真空”是干法镀膜的基础，是光学镀膜机的基础。

1、热蒸发真空镀膜设备主要由三大部分组成：①②③三个系统 p109～111

真空系统、热蒸发系统、膜层厚度控制系统。

冷阱：挡油器，阻止油蒸气进入真空室。

★2、热蒸发法的基本原理。P111

把被蒸发材料加热到蒸发温度，使之蒸发淀积到放置在工件架上的零件表面，形成所需要的