长春光机所-薄膜光学

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1、薄膜光学——基础理论中国科学院长春光学精密机械与物理研究所前一次课的主要内容光学薄膜在倾斜入射时的表现考虑到基片背面反射时的情况对称膜系的等效折射率矢量法麦克劳德纳图解法简介用麦克劳德纳图解法解释单、双层增透膜薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所典型膜系介绍增透膜分光膜反射膜滤光片特殊膜系薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所一.增透膜（减反射膜）我们都知道当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时在两介质的分界面上就会产生光的反射,如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为：透过率损失，像的亮度降低

2、，影响作用距离等；杂光影响，像的反衬度降低；薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所目前已有很多不同类型的增透膜可供利用，以满足技术光学领域的极大部分需要。可是复杂的光学系统和激光光学，对减反射性能往往有特殊严格的要求。例如，大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏，并且对于薄膜往往有激光阈值的要求。此外，宽带增透膜可以提高象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强，因此，生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展。设计减反膜并没有完整的系统的方法，简捷的途径是用矢量法，并通过试行法得到较满意的结构，然后进行数值计算作精

3、确校核，以消除矢量法所固有的近似影响。一.减反射膜（增透膜）薄膜光学——基础理论中国科学院长春光学精密机械与物理研究所矢量法对于层数较少的减反射膜可以用矢量法作近似计算和设计，这种方法有两个前提：膜层没有吸收；在确定多层膜的特性时只考虑入射波在每个界面的单次反射；薄膜光学——基础理论中国科学院长春光学精密机械与物理研究所矢量法为了避免在作矢量图时方向混乱，我们可以规定：1．矢量的模r1,r2,r3,r4…，正值为指向坐标原点负值为离开原点．2．矢量之间的夹角仅决定于膜层的光学厚度和所考察的波长(即决定于膜层的位相厚度)按逆时针方向旋转。界面上的位相跃变已经包含在振幅反射系数的符号

4、中，不必另作考虑。薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.1单层增透膜单层增透膜是减少界面反射的最简单途径，如右图用矢量法分析：从矢量图上可以看到，合振幅矢量r随着r1和2之间的夹角2δ而变化合矢量端点的轨迹为一园周。当膜层的光学厚度为某一波长的四分之一时，则两个矢量的方向完全相反。薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.1单层增透膜矢量法用来分析单层薄膜情况：可见当厚度为某一波长1/4，并且r1=r2时剩余反射为零：薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.1单层增透膜运用矩阵法分析1/4波长厚度时的情况：薄膜光学

5、——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.1单层增透膜1.1单层增透膜对于激光工作物质材料表面则n12=n0n2不再是单层膜的零反射率和最小反射率的条件了。薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.1单层增透膜单层增透膜的出现，在历史上是一个重大的进展，直至今天仍广泛地用来满足一些简单的用途。但是它存在着两个主要的缺陷，首光对大多数应用来说剩余反射还显得太高，此外，从未镀膜表面反射的光线，在色彩上仍保持中性而从镀膜表面反射的光线就不然，破坏了色的平衔．其结果是不可能作出良好的色彩还原，作为变焦距镜头超广角镜头，大相对孔径等新型透镜系统中的镀层，那更

6、是不能符合要求。有两个途径可以提高增透效果：采用变折射率的所谓非均匀膜，它的折射率随着厚度的增加呈连续的变化；采用几层折射率不同的均匀薄膜构成多层增透膜；薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.2双层增透膜对于单层氟化镁膜来说冕牌玻璃的折射率是太低了。为此，我们可以在玻璃基片上先镀一层1/4波长厚的、折射率为n2的薄膜，这时对于来说薄膜和基片组合的系统可以用一折射率为Y=N23/n3的假想基片来等价。显然，当n2>n3时，有Y＞n3．也就是说，在玻璃基片上先镀一层高折射率的λ0／4波长厚的膜层后，基片的折射率好象从n3提高到Y=N23/n3，然后镀上λ0／4

7、波长厚的氟化镁膜层就能起到更好的增透效果。构成λ0／4-λ0／4型增透膜，若使中心波长的反射率为零，应满足：薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.2双层增透膜当折射率完全满足以上关系的材料不能找到时，可以通过厚度的调整来达到，如图所示，n0、n3分别为入射介质和基片的折射率，n1和n2为折射率己确定的低折射率和高折射率材料的膜层，δ1、δ2便是待定的膜层位相厚度，用矢量法进行分析:薄膜光学——典型膜系中国科学院长春光学精密机械与物理研究所1.2双层增透膜只