現代光學薄膜技術精選(九篇)

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第1篇：現代光學薄膜技術范文

【關鍵詞】薄膜光學；課程建設

1.引言

隨著科學技術的發(fā)展，對人才培養(yǎng)的要求也在相應提高，作為薄膜光學專業(yè)方向研究生的專業(yè)基礎課，薄膜光學課程不但要求學生掌握薄膜光學基本理論，膜系設計方法，現代光學薄膜進展，薄膜科學研究和工業(yè)生產理論，還要求學生做到理論聯系實際，通過課程的學習為今后從事光學薄膜研制工作打下堅定的基礎?；谇笆稣n程的地位、作用、任務以及教學目的，結合研究生專業(yè)課程教學的特點，對薄膜光學課程內容設置及教學方法進行探索，是建設好薄膜光學課程的關鍵。

2.研究生專業(yè)課程教學的特點

研究生通過四年大學生涯的錘煉，無論是從知識層次還是從知識量來講，都已大大超越剛進校門的本科生，不但如此，對知識的接受能力、理解運用以及動手能力也得到明顯提高。同時，研究生的專業(yè)方向較本科生有極大的不同，專業(yè)方向更加細分，專業(yè)課程選修的學生較少。因此，研究生課程的教學有其獨特的一面，可以依據學生的知識內涵，鼓勵學生參與到課程的教學過程中，寓學于教，不但讓學生學到知識，還鍛煉學生的交流、傳授能力。

3.薄膜光學課程教學內容的設置

為貫徹從理論到實踐的課程設置指導思想，將課程內容設置為四大塊：理論模塊、實用模塊、制備模塊、實踐模塊。

3.1 理論模塊

主要講述薄膜的基本理論及膜系的設計方法，分為兩章：

第一章 薄膜光學理論

內容為：電磁場的基本性質、光學薄膜的光學特性計算、金屬薄膜光學、膜系的基本定理、非均勻膜、薄膜的形成和結構等。

第二章 膜系設計方法

內容為：解析方法設計、膜系自動設計（計算機輔助設計）。

3.2 實用模塊

從膜系的發(fā)展歷程，講述實用薄膜及有關膜系的誤差理論，分為兩章：

第三章 實用膜系

內容為：增透膜；反射膜；分光鏡；濾光片；其它特殊膜系（保護膜，裝飾膜，電熱膜等）。

第四章 膜系誤差理論

內容為：膜系誤差理論及誤差分析。

3.3 制備模塊

從如何制備薄膜出發(fā)，講述相關的工藝技術及設備，分為兩章：

第五章 工藝技術與設備

內容為：真空技術、蒸鍍技術、監(jiān)控技術、鍍制完成后的變化與處理、薄膜的性能和測量等。

第六章 制備設備

內容為：介紹制備薄膜的各種設備。

3.4 實踐模塊

從理論聯系實際出發(fā)，指導學生進行膜系設計及鍍制分光鏡，由兩個實驗組成：

實驗一 設計膜系

設計膜系（利用計算機輔助設計較佳膜系）。

實驗二 制作分光鏡

利用電子鍍膜機，根據設計膜系完成分光鏡的制作。

4.薄膜光學課程教學方法探索

從研究生自身的特點出發(fā)，設計課程教學方法。本課程共36個學時（18次課），除實踐課和考試外，課堂教學為30個學時，開課時根據選課學生的數量，將課程內容相對簡單的部分拿出來，提出相應的要求，讓學生根據自身對課程內容的了解，選擇一個部分，查閱資料進行準備，到相關部分給學生半小時講述選擇的內容，然后與其他同學一起講評。

5.效果評價

將課程內容及全新的教學方法應用于教學實踐，不但讓學生學到了知識，還讓他們學會了如何備課講課，激發(fā)了學習的興趣，學生反映良好，對同類課程的建設有一定的指導意義。

參考文獻

[1]唐晉發(fā)，顧培夫，劉旭.李海峰現代光學薄膜技術[M].浙江大學出版社，2006.

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[3]H.A.M.acleod.《Thin Film Optical Filter》（Second edition）.AdamHilger Itd，Bristol，1986.

[4]尹樹百編著.薄膜光學——理論和實踐[M].科學出版社，1987.

[5]林永昌等編著.光學薄膜原理[M].國防工業(yè)出版社，1990.

[6]唐晉發(fā)等編著.應用薄膜光學[M].上?？萍汲霭嫔?，1984.

第2篇：現代光學薄膜技術范文

關鍵詞：增透膜；干涉；增透膜材料；鍍膜技術

中圖分類號：G652 文獻標識碼：A

文章編號：1009-0118（2012）08-0021-02

一、光程及相差

光在媒質中傳播時，光振動的相位沿傳播方向逐點落后，以λ表示光在媒質中的波長，則通過路程r時，光振動相位落后的值為：Δφ=2πrλ

同一頻率的光在不同媒質中傳播時的波長不同，以λ0光在真空中的波長，以n表示媒質的折射率，則有：λ=λ0n

將此關系代入上式中，可得：Δφ=2πnrλ0

此式右側表示光在真空中傳播路程nr時所引起的相位落后。由此可知，同一頻率的光在折射率為n的媒質中通過r時引起的相位落后和在真空中通過nr的距離時引起的相位落后相同。這時nr就叫做與路程r相應的光程。這樣的好處是可以統一用光在真空中波長來計算光的相位變化。相位和相位差的關系是：

相位=2π*光程差λ0

二、薄膜干涉

（一）等厚干涉

平?？吹降挠湍せ蚍试硪耗ぴ诎坠庹丈湎庐a生的彩色花紋就是薄膜干涉的結果。薄膜干涉之一是等厚干涉。

圖1

如圖1所示的裝置是一種薄膜干涉裝置，產生干涉的部件是一個放在空氣中的劈尖形狀的介質薄片或膜，簡稱劈尖。它的折射率是n，兩個表面是平面，其間有一個很小的夾角θ。實驗時使平行的單色光近于垂直地入射到劈尖面上。分析劈尖面上A點入射的光線，此光線到達A點時，光線的一部分被反射，成為反射光線1，另一部分則折射入介質內部，成為光線2，它到達介質下表面時又被反射，然后再通過上表面透射出來（實際上，由于θ角很小，入射光，透射光和反射光線都幾乎重合）。因為反射光線1和光線2是同一入射光線，所以它們一定是相干光。

從劈尖上，下表面反射的光在上邊面附近相遇，發(fā)生干涉現象，因此在劈尖表面會看到干涉條紋，以e表示在入射點A處劈尖的厚度，則兩束相干的反射光在相遇時的光程差為：δ=2ne+λ2

此式前項是由于光線2在劈尖中經過2e的幾何路程引起的，后項λ/2則是來自反射本身（由于劈尖相對于空氣是光密介質，在劈尖的上表面反射時有半波損失，下表面反射時沒有，所以反射時的差別就引起了附加的光程差λ/2）。由于劈尖各處的厚度不同，所以光程差也不同，因而會產生干涉相長或相消。干涉相長產生明條紋的條件是：2ne+λ2=kλ k=1，2，3……

相消干涉產生暗條紋的條件是：2ne+λ2=（2k+1）λ2 k=0，1，2，3……

上兩式表明，每級明或暗條紋都與一定的膜厚度e相對應。因此在介質膜上表面的同一條等厚線上，都形成同一級次的一條干涉條紋。這厚線是一些平行于棱邊的直線，所以等厚條紋是一些與棱邊平行的明暗相間的直條紋。在工程中，常用這一原理檢驗工件的平整度。

（二）等傾干涉

圖2

如圖2所示使一條光線斜入射到厚度為e的均勻平膜上，它在A點處也分成反射和折射兩部分光，折射的光在下表面反射后又從上表面射出。由于這樣形成的兩條相干光線是平行的，所以它們只能在無窮遠處相交而發(fā)生干涉。在實驗室中為了在有限遠處觀察干涉條紋，就使這兩部分光線射到一個凸透鏡上，經過透鏡會聚，它們將相交于平面FF’上一點P而在此處發(fā)生干涉。下面分析光線1和光線2到達P點的光程差。

從折射光線AB反射后的射出點C做光線1的垂線CD。由于從C和D到P點的光線2和光線2的光程相等（透鏡不附加光程差），所以它們的光程差就是ABC和AD兩條光程的差。由圖可求的這一光程差為：δ=nAB+BC－AD+λ2

式中λ/2是半波損失附加的光程差。

由于 AB=BC=e/cosr,AD=AD*sini=2e*tanr*sini

利用折射定律知 sini=n*sinr

所以

δ=2n*AB－AD+λ2=2necosr－2e*tanr*sini+λ2

可得 δ=2ne*cosr+λ2或δ=2n*n2－sin2i+λ2

此式表明，光程差決定于傾角(i)，凡以相同傾角入射到厚度均勻的平膜上的光線，經上下表面反射后產生的相干光束有相等的光程差，因而它們干涉相長或相消的情況一樣。因此，這樣形成的干涉條紋稱為等傾條紋。

干涉相長的條件是：δ=2n*n2－sin2i+λ2=kλ,k=1,2,3…

干涉相消的條件是：δ=2n*n2－sin2i+λ2=（2k+1）λ2 k=0，1,2,3…

以h表示介質平膜的厚度，要使兩反射光相消需滿足的條件是：δ=2nh=（2k+1）λ2 ，k=0,1,2,3…

因而介質膜最小厚度為k=0時，既：h=λ4n

由于反射光相消，所以透射光增強（即增加了透射光的能量）這樣的膜叫增透膜。為了減少反射光的能量損失，在光學儀器中常常應用增透膜。所以增透膜是利用了薄膜等傾干涉的反射光線干涉相消原理。

三、研制和應用

（一）增透膜材料

根據公式h=λ/4n知一定的膜厚只對應于一種波長的光，在照相機和助視光學儀器中，往往使膜厚對應于人眼最敏感的波長5500埃的黃綠光。以上的分析只考慮了反射光的相差對干涉的影響，實際上能否完全相消，還看兩反射光的振幅，如果再考慮到振幅，可以證明，當反射光完全消除時，介質的折射率應滿足nc=nn0（n0表示空氣的折射率，n示光學器件的折射率，nc示增透膜的折射率），以n0=1，n=1.5計，nc應為1.22。目前還未找到折射率這樣低的鍍膜材料，常用的最好的近似材料是=1.38的氟化鎂。因此，現在一般都用氟化鎂鍍制增透膜。

（二）鍍膜技術

目前，常用的鍍膜方法有真空蒸鍍、化學起相沉積、溶膠—凝膠鍍膜等方法。三者相比較，溶膠—凝膠鍍膜設備簡單、能在常溫常壓下操作、膜層均勻性高、微觀結構可控，適于不同形狀、尺寸的基片、能通過控制配方、制備工藝得到高激光破壞閾值的光學薄膜，已成為高功率激光薄膜的最具競爭力的制備方法之一。

四、結論

由以上討論可知：增透膜增加透射光強度的實質是利用利用了薄膜等傾干涉的反射光線干涉相消原理。反射光線相消減少了反射光的能量損失，從而增強了透射光的能量，增強了透射光。對于單層薄膜來說，只對某一特定波長光增透當增為使在更大范圍內和更多波長實現增透，人們在實際中是利用多層介質膜來制成高反射膜來實現。人們對增透膜的利用有了很多的經驗，發(fā)現了不少可以作為增透膜的材料；同時也掌握了不少先進的鍍膜技術，因此增透膜的應用涉及醫(yī)學、軍事、太空探索等各行各業(yè)，為人類科技進步作出了重大貢獻。

參考文獻：

［1］姚啟鈞.光學教程［M］.北京：高等教育出版社.

［2］張彥亮.“增透膜”增透作用的理論解釋［J］.臨沂師范學院學報.

［3］王秀英.增透膜的原理及幾個問題的解答［J］.物理教師,2004,25(11).