物理光学与应用光学——第2章1

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1、光学薄膜——在透明的平整玻璃基片或金属光滑表面上，用物理或化学方法涂敷的透明介质薄膜。作用：满足不同光学系统对反射率和透射率的不同要求。2.3光学薄膜光学薄膜这门学科已成为现代光学不可缺少的一个重要组成部分，没有光学薄膜，许多现代光学装置便无法发挥效能，失去作用，无论在提高或降低反射率、吸收率与透射率方面，在使光束分开或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或检偏方面，以及在使某光谱带通过或阻滞方面，在调整位相方面等等，光学薄膜均起着至关重要的作用。总之，薄膜在许多场合都扮演关键脚色。薄膜器件的轻巧灵便、稳

2、定给它带来更广阔的应用：窄带滤光片——光栅单色仪三十年代中期德国的鲍尔和美国的斯特朗先后用真空蒸发方法制备了单层减反射膜，这种简单的减反射膜至今在一般的光学装置上还被大量地应用。折射率为1．52的玻璃敷有折射率为1．38的氟化镁薄膜后，单面的反射损失可从4.2%减少到1．5%左右，例如7块平板系统镀膜后，在参考波长上总的透射率可近似地估计为：T＝(0．97)7＝80．7%．未镀膜：T=(0.92)7=55.7%这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25％的透射能量与镀膜技术密切相关的产业镀膜眼镜幕墙玻璃滤光片I

3、TO膜车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件红外膜投影显示2.3光学薄膜2.3.1光学薄膜的反射特性2.3.2干涉滤光片在玻璃基片的光滑表面上镀上一层折射率和厚度都均匀的透明介质薄膜。一、单层膜2.3.1光学薄膜的反射特性r1—薄膜上表面的反射系数r2—薄膜下表面的反射系数类似于平行平板的多光束干涉，单层膜的反射系数：—相邻两个出射光束间的相位差r—单层膜反射系数的相位因子2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜则单层膜的反射率R2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜反射率当光束正

4、入射到薄膜上时，薄膜两表面的反射系数：2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜介质膜反射率R随光学厚度n1h的变化2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜②n1n2时，RR0，单层膜的反射率较未镀膜时减小，透过率增大，具有增透的作用，称为增透膜。①n1=n0或n1=n2时，R=R04.3%当n1n2且n1h=0/4时，R=Rm，有最好的增透效果。最小反射率为特别时，Rm=0——完全增透。2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜单层氟化镁膜的反射率随波长和入射角的变化

5、？？？？？？？？光束斜入射到薄膜上时，薄膜上表面的反射系数：则形式上与正入射时的表达式相同，称为有效折射率。s分量以代替p分量以代替2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜③n1n2时，RR0，反射率比未镀膜时增大，即该单层膜具有增反的作用，称为增反膜。当n1n2且n1h=0/4时，R=RM，有最好的增反效果，其最大反射率尽管RM与Rm形式上相同，但因n1取值不同，对应的反射率R，一个是最大，一个是最小。2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜这说明，对于波长0的光，膜层厚度增加(或减小)0/2，对

6、反射率没有影响。④对于n1h=0/2的半波长膜，不管膜层折射率比基片折射率大还是小，单层膜对0的反射率都和未镀膜时的基片反射率相同，R=4.3%，即2.3.1光学薄膜的反射特性一、单层膜1.结构0/4膜系示意图采用光学厚度均为0/4的高折射率膜层和低折射率膜层——称为0/4膜系，通常采用符号表示为p=1,2,3,二、多层膜2.3.1光学薄膜的反射特性0/4膜系——每层膜的光学厚度是0/4，其优点是计算和制备工艺简单，镀制时容易采用极值法进行监控；缺点是层数多，R不能连续改变。非0/4膜系—

7、—每层膜的光学厚度不是0/4，具体厚度要由计算确定。其优点是只要较少膜层就能达到所需要的反射率，缺点是计算和制备工艺较复杂。只讨论0/4膜系。2.3.1光学薄膜的反射特性二、多层膜高反射膜反射率的一般计算十分复杂，对于0/4膜系，由于膜层光学厚度已经选定，可以简单地采用等效折射率法，把一个多层膜的问题变成单层膜的问题。2.反射率R（膜系的反射率）2.3.1光学薄膜的反射特性二、多层膜把单层膜系看成是具有折射率为nI的一个“新基片”，nI为等效折射率。“新基片”与n0的新界面称为等效面。（1）单层的0

8、/4膜等效折射率(空气到玻璃)等效界面n0n1nG等效于n0nI（等效折射率）GA2.3.1光学薄膜的反射特性二、多层膜正入射时，对于给定的波长0，其反射率为则引入等效折射率2.3.1光学薄膜的反射特性二、多层膜（1）单层的0/4膜等效折射率(空气到玻璃)等效界面n0n1n2n0nI（等效折射率）（2）多层0/4膜系的等效折射率和反射率第一层：n0nHnGn0nLnI第二层：2.3.1光学薄膜的反射特性二、