現(xiàn)代光學薄膜技術精選(九篇)

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第1篇：現(xiàn)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(xiàn)代光學薄膜進展，薄膜科學研究和工業(yè)生產(chǎn)理論，還要求學生做到理論聯(lián)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。基于前述課程的地位、作用、任務以及教學目的，結(jié)合研究生專業(yè)課程教學的特點，對薄膜光學課程內(nèi)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(jù)學生的知識內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)容為：電磁場的基本性質(zhì)、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(jié)構等。

第二章 膜系設計方法

內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)容為：介紹制備薄膜的各種設備。

3.4 實踐模塊

從理論聯(lián)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(jù)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(jù)選課學生的數(shù)量，將課程內(nèi)容相對簡單的部分拿出來，提出相應的要求，讓學生根據(jù)自身對課程內(nèi)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(nèi)容，然后與其他同學一起講評。

5.效果評價

將課程內(nèi)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(xiàn)代光學薄膜技術[M].浙江大學出版社，2006.

[2]Basics of Optics of multilayer systems，sh.A.Furman，A.V.Tikhonravov，1992.

[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].上海科技出版社，1984.

第2篇：現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(cè)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(zhì)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(tǒng)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

平常看到的油膜或肥皂液膜在白光照射下產(chǎn)生的彩色花紋就是薄膜干涉的結(jié)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(chǎn)生干涉的部件是一個放在空氣中的劈尖形狀的介質(zhì)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(zhì)內(nèi)部，成為光線2，它到達介質(zhì)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(xiàn)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(jīng)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(zhì)，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(chǎn)生干涉相長或相消。干涉相長產(chǎn)生明條紋的條件是：2ne+λ2=kλ k=1，2，3……

相消干涉產(chǎn)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(zhì)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(jīng)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(jīng)上下表面反射后產(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(jù)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(zhì)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(xiàn)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(jié)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(jié)論

由以上討論可知：增透膜增加透射光強度的實質(zhì)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(nèi)和更多波長實現(xiàn)增透，人們在實際中是利用多層介質(zhì)膜來制成高反射膜來實現(xiàn)。人們對增透膜的利用有了很多的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)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).