干涉滤光片的镀制

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1、干涉滤光片的镀制【摘要】本实验以蒸发真空镀膜机对滤光片镀膜，采用干涉原理对膜厚进行监控。使用单色仪把光源透过滤光片并有反射镜反射回来到单色仪上的光，经由单色仪原理被分成不同的光束，再由光电倍增管将光信号放大并转化为电信号。通过理论模拟和实际实验结果进行比较，分析实验误差产生的原因。关键词：干涉滤光片、高真空镀膜、光学极值法测膜厚、真空检验【引言】自然界中许多美丽的景物，如蝴蝶翅膀，孔雀羽毛以及肥皂泡等，它们的的观赏效果都与透明层反射的广播的干涉有关。从而发现薄膜的干涉现色彩现象起，特别是1930年真空蒸发设备的出现后，人们对薄膜科学技术进行了大量的研究。在光学薄膜技术

2、中，多层多周期的光学薄膜最为突出，而窄带干涉滤光片则是这一技术中最重要的应用之一，它是将宽带光谱变为窄带光谱的光学元件。一种典型的干涉滤光片是在玻璃基片上镀制“银—介质—银”三层膜，前后两层银膜构成两个平行的高反射率版，介质莫层通常为冰晶石或氟化镁等，作为间隔曾。这种干涉滤光片是在法布里-珀罗干涉仪基础上改进而成的，因为被称为法布里-珀罗干涉滤光片。它在光学，光谱学，光通信，激光以及天文物理等许多科学领域得到了广泛的应用。若n为间隔层介质折射率，d为该层集合厚度，则间隔层的光学厚度nd决定了滤光片的透射峰值波长，…………(1)其中m是整数。银层反射率的主要作用决定了法

3、布里-珀罗干涉腔的惊喜常熟，从而对滤光片的峰值透射率TM和半宽度产生影响。由滤光片特性曲线可见TM一半处对应的波长为，相应的透过率的狂度为=，这就是滤光片的性能的一个重要参数，称为半高宽。因银层具有很强的吸收，用银作反射的层的“金属-介质”干涉滤光片的透射率很难高于40%。而用多层透明介质膜过程的高反射率膜板代替银层构成的干涉滤光片弥补这一缺点，课使峰值透射率高达80%以上。这就是全介质型干涉滤光片。【实验原理】1、反射膜（1）光线在单一分界面上的反射光线垂直入射到透明介质界面时，反射系数r和反射率R分别为…………（2）…………（3）其中分别是两种介质的折射率。在一般

4、的情况下，光线以一定的角度入射到分界面上，这时，要求两种偏振分量分别计算透射率。假设入射光平面电磁波E，并在波前平面内分解为偏振分量p波和与该面垂直的分量s波。用上标i,r和t分别表示入射波和投射波。于是，p波和s波的反射率和透射率分别为…………（4）这四个公式就是熟悉的菲涅尔公式，定义介质的光学导纳…………（5）其中，为与界面垂直方向上的单位矢，分别为磁场强度矢量和电场强度矢量。用脚标“//”指平行于界面的方向。大小既与戒指的折射率n有关，也与由折射定律和绝缘介质界面上电磁的边值关系…………（6）以及H和E的振幅比…………（7）可推出如下关系…………（8）…………（

5、9）于是可得振幅反射率及能量反射率…………（10）…………（11）（10），（11）两式的无论是p波还是s波都是用。由于不论对p分量还是s分量，在忽略吸收的条件下都有(2)单层膜的反射考虑在基片上单层膜平行平面薄膜的情况。光线入射时，会在界面Ⅰ和界面Ⅱ上产生多光束干涉，如图5-2-3（a）.对这种情况下计算其反射率可以发现，可把它看做是如图5-2-3（b）那样单一界面的情况，即可以把的单层膜系统看做的单一界面来处理，并且仍然可以用（5-2-10）式来计算反射率R。Y称为单层膜系统的有效导纳。为了计算方便，我们采用矩阵法。单层膜系个各光学参数间的关系可用矩阵表示为：……

6、……（12）其中…………（13）等式左边的矩阵成为膜系数的特征矩阵，膜系数的有效导纳Y由此矩阵的两个矩阵元决定…………（14）由此，单层膜的反射率为…………（14）（3）多层膜的反射率对于如图5-2-4所示的多层介质膜系，也可以把膜层和基底等效成有效导纳为Y的单一界面，此时（5-2-14）式仍然成立，而（5-2-12）式对应改为…………（16）其中…………（17）为第i层的特征矩阵。即整个膜系的所有光学参数及其相对反射特性的影响取决于各膜层的特征矩阵的乘积。在相位因子中，我们称为第i层的光学厚度，当它是的时候，膜层叫层。若每层的光学厚度都是的整数倍，则整个膜系叫做膜系

7、。我们用字母的排列“GHLH…”表示膜系的情况，其中，H、L分别代表光学厚度为的高、低折射率膜层，G为基片。对的膜系，，，该层对应的特征矩阵为…………（18）…………（19）若则，R为极大值，这样的层为高反射层，若，则，为极小值，这样的为低反射层。全介质膜系构成高反射膜如图5-2-5所示。它的反射率随波长变化情况如图5-2-1所示，在计算中没有考虑光从空气中入射到玻璃基片时的透过率的损失。2、窄带全介质干涉滤光片（1）膜系结构窄带全介质干涉滤光片的典型膜系为。其中是多层高反射率膜的堆，j为HL的重复周期，其中2H为间隔层。着重法布里-珀罗型膜系对控制