现代光学薄膜技术精选(九篇)

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第1篇：现代光学薄膜技术范文

【关键词】薄膜光学；课程建设

1.引言

随着科学技术的发展，对人才培养的要求也在相应提高，作为薄膜光学专业方向研究生的专业基础课，薄膜光学课程不但要求学生掌握薄膜光学基本理论，膜系设计方法，现代光学薄膜进展，薄膜科学研究和工业生产理论，还要求学生做到理论联系实际，通过课程的学习为今后从事光学薄膜研制工作打下坚定的基础。基于前述课程的地位、作用、任务以及教学目的，结合研究生专业课程教学的特点，对薄膜光学课程内容设置及教学方法进行探索，是建设好薄膜光学课程的关键。

2.研究生专业课程教学的特点

研究生通过四年大学生涯的锤炼，无论是从知识层次还是从知识量来讲，都已大大超越刚进校门的本科生，不但如此，对知识的接受能力、理解运用以及动手能力也得到明显提高。同时，研究生的专业方向较本科生有极大的不同，专业方向更加细分，专业课程选修的学生较少。因此，研究生课程的教学有其独特的一面，可以依据学生的知识内涵，鼓励学生参与到课程的教学过程中，寓学于教，不但让学生学到知识，还锻炼学生的交流、传授能力。

3.薄膜光学课程教学内容的设置

为贯彻从理论到实践的课程设置指导思想，将课程内容设置为四大块：理论模块、实用模块、制备模块、实践模块。

3.1 理论模块

主要讲述薄膜的基本理论及膜系的设计方法，分为两章：

第一章 薄膜光学理论

内容为：电磁场的基本性质、光学薄膜的光学特性计算、金属薄膜光学、膜系的基本定理、非均匀膜、薄膜的形成和结构等。

第二章 膜系设计方法

内容为：解析方法设计、膜系自动设计（计算机辅助设计）。

3.2 实用模块

从膜系的发展历程，讲述实用薄膜及有关膜系的误差理论，分为两章：

第三章 实用膜系

内容为：增透膜；反射膜；分光镜；滤光片；其它特殊膜系（保护膜，装饰膜，电热膜等）。

第四章 膜系误差理论

内容为：膜系误差理论及误差分析。

3.3 制备模块

从如何制备薄膜出发，讲述相关的工艺技术及设备，分为两章：

第五章 工艺技术与设备

内容为：真空技术、蒸镀技术、监控技术、镀制完成后的变化与处理、薄膜的性能和测量等。

第六章 制备设备

内容为：介绍制备薄膜的各种设备。

3.4 实践模块

从理论联系实际出发，指导学生进行膜系设计及镀制分光镜，由两个实验组成：

实验一 设计膜系

设计膜系（利用计算机辅助设计较佳膜系）。

实验二 制作分光镜

利用电子镀膜机，根据设计膜系完成分光镜的制作。

4.薄膜光学课程教学方法探索

从研究生自身的特点出发，设计课程教学方法。本课程共36个学时（18次课），除实践课和考试外，课堂教学为30个学时，开课时根据选课学生的数量，将课程内容相对简单的部分拿出来，提出相应的要求，让学生根据自身对课程内容的了解，选择一个部分，查阅资料进行准备，到相关部分给学生半小时讲述选择的内容，然后与其他同学一起讲评。

5.效果评价

将课程内容及全新的教学方法应用于教学实践，不但让学生学到了知识，还让他们学会了如何备课讲课，激发了学习的兴趣，学生反映良好，对同类课程的建设有一定的指导意义。

参考文献

[1]唐晋发，顾培夫，刘旭.李海峰现代光学薄膜技术[M].浙江大学出版社，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]尹树百编著.薄膜光学——理论和实践[M].科学出版社，1987.

[5]林永昌等编著.光学薄膜原理[M].国防工业出版社，1990.

[6]唐晋发等编著.应用薄膜光学[M].上海科技出版社，1984.

第2篇：现代光学薄膜技术范文

关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术

中图分类号：G652 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）08-0021-02

一、光程及相差

光在媒质中传播时，光振动的相位沿传播方向逐点落后，以λ表示光在媒质中的波长，则通过路程r时，光振动相位落后的值为：Δφ=2πrλ

同一频率的光在不同媒质中传播时的波长不同，以λ0光在真空中的波长，以n表示媒质的折射率，则有：λ=λ0n

将此关系代入上式中，可得：Δφ=2πnrλ0

此式右侧表示光在真空中传播路程nr时所引起的相位落后。由此可知，同一频率的光在折射率为n的媒质中通过r时引起的相位落后和在真空中通过nr的距离时引起的相位落后相同。这时nr就叫做与路程r相应的光程。这样的好处是可以统一用光在真空中波长来计算光的相位变化。相位和相位差的关系是：

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产生的彩色花纹就是薄膜干涉的结果。薄膜干涉之一是等厚干涉。

图1

如图1所示的装置是一种薄膜干涉装置，产生干涉的部件是一个放在空气中的劈尖形状的介质薄片或膜，简称劈尖。它的折射率是n，两个表面是平面，其间有一个很小的夹角θ。实验时使平行的单色光近于垂直地入射到劈尖面上。分析劈尖面上A点入射的光线，此光线到达A点时，光线的一部分被反射，成为反射光线1，另一部分则折射入介质内部，成为光线2，它到达介质下表面时又被反射，然后再通过上表面透射出来（实际上，由于θ角很小，入射光，透射光和反射光线都几乎重合）。因为反射光线1和光线2是同一入射光线，所以它们一定是相干光。

从劈尖上，下表面反射的光在上边面附近相遇，发生干涉现象，因此在劈尖表面会看到干涉条纹，以e表示在入射点A处劈尖的厚度，则两束相干的反射光在相遇时的光程差为：δ=2ne+λ2

此式前项是由于光线2在劈尖中经过2e的几何路程引起的，后项λ/2则是来自反射本身（由于劈尖相对于空气是光密介质，在劈尖的上表面反射时有半波损失，下表面反射时没有，所以反射时的差别就引起了附加的光程差λ/2）。由于劈尖各处的厚度不同，所以光程差也不同，因而会产生干涉相长或相消。干涉相长产生明条纹的条件是：2ne+λ2=kλ k=1，2，3……

相消干涉产生暗条纹的条件是：2ne+λ2=（2k+1）λ2 k=0，1，2，3……

上两式表明，每级明或暗条纹都与一定的膜厚度e相对应。因此在介质膜上表面的同一条等厚线上，都形成同一级次的一条干涉条纹。这厚线是一些平行于棱边的直线，所以等厚条纹是一些与棱边平行的明暗相间的直条纹。在工程中，常用这一原理检验工件的平整度。

（二）等倾干涉

图2

如图2所示使一条光线斜入射到厚度为e的均匀平膜上，它在A点处也分成反射和折射两部分光，折射的光在下表面反射后又从上表面射出。由于这样形成的两条相干光线是平行的，所以它们只能在无穷远处相交而发生干涉。在实验室中为了在有限远处观察干涉条纹，就使这两部分光线射到一个凸透镜上，经过透镜会聚，它们将相交于平面FF’上一点P而在此处发生干涉。下面分析光线1和光线2到达P点的光程差。

从折射光线AB反射后的射出点C做光线1的垂线CD。由于从C和D到P点的光线2和光线2的光程相等（透镜不附加光程差），所以它们的光程差就是ABC和AD两条光程的差。由图可求的这一光程差为：δ=nAB+BC－AD+λ2

式中λ/2是半波损失附加的光程差。

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，光程差决定于倾角(i)，凡以相同倾角入射到厚度均匀的平膜上的光线，经上下表面反射后产生的相干光束有相等的光程差，因而它们干涉相长或相消的情况一样。因此，这样形成的干涉条纹称为等倾条纹。

干涉相长的条件是：δ=2n*n2－sin2i+λ2=kλ,k=1,2,3…

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

以h表示介质平膜的厚度，要使两反射光相消需满足的条件是：δ=2nh=（2k+1）λ2 ，k=0,1,2,3…

因而介质膜最小厚度为k=0时，既：h=λ4n

由于反射光相消，所以透射光增强（即增加了透射光的能量）这样的膜叫增透膜。为了减少反射光的能量损失，在光学仪器中常常应用增透膜。所以增透膜是利用了薄膜等倾干涉的反射光线干涉相消原理。

三、研制和应用

（一）增透膜材料

根据公式h=λ/4n知一定的膜厚只对应于一种波长的光，在照相机和助视光学仪器中，往往使膜厚对应于人眼最敏感的波长5500埃的黄绿光。以上的分析只考虑了反射光的相差对干涉的影响，实际上能否完全相消，还看两反射光的振幅，如果再考虑到振幅，可以证明，当反射光完全消除时，介质的折射率应满足nc=nn0（n0表示空气的折射率，n示光学器件的折射率，nc示增透膜的折射率），以n0=1，n=1.5计，nc应为1.22。目前还未找到折射率这样低的镀膜材料，常用的最好的近似材料是=1.38的氟化镁。因此，现在一般都用氟化镁镀制增透膜。

（二）镀膜技术

目前，常用的镀膜方法有真空蒸镀、化学起相沉积、溶胶—凝胶镀膜等方法。三者相比较，溶胶—凝胶镀膜设备简单、能在常温常压下操作、膜层均匀性高、微观结构可控，适于不同形状、尺寸的基片、能通过控制配方、制备工艺得到高激光破坏阈值的光学薄膜，已成为高功率激光薄膜的最具竞争力的制备方法之一。

四、结论

由以上讨论可知：增透膜增加透射光强度的实质是利用利用了薄膜等倾干涉的反射光线干涉相消原理。反射光线相消减少了反射光的能量损失，从而增强了透射光的能量，增强了透射光。对于单层薄膜来说，只对某一特定波长光增透当增为使在更大范围内和更多波长实现增透，人们在实际中是利用多层介质膜来制成高反射膜来实现。人们对增透膜的利用有了很多的经验，发现了不少可以作为增透膜的材料；同时也掌握了不少先进的镀膜技术，因此增透膜的应用涉及医学、军事、太空探索等各行各业，为人类科技进步作出了重大贡献。

参考文献：

［1］姚启钧.光学教程［M］.北京：高等教育出版社.

［2］张彦亮.“增透膜”增透作用的理论解释［J］.临沂师范学院学报.

［3］王秀英.增透膜的原理及几个问题的解答［J］.物理教师,2004,25(11).