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1、光学多层膜的设计唐晋发浙江大学光电信息工程系2006-111光学多层膜的设计课程大纲No.第一章光学多层膜的特性计算1-41-1.单色平面电磁波1-2.光在单一界面上的反射和折射1-3.光学薄膜特性的理论计算5-9第二章光学薄膜的设计理论2-1．矢量作图法2-2．有效界面法2-3．对称膜系的等效层2-4．导纳轨迹图解技术210-14第三章光学薄膜系统的设计3-1．.减反射膜3-2．.分束镜3-3．.高反射膜3-4．.截止滤光片3-5.带通滤光片主要参考文献:1.H.A.Macleod,ThinFilmOpti
2、calFilters(secondedition),AdamHilger,Bristol,19862.A.Thelen,DesignofOpticalInterferenceCoatings,McGran-WillBookCompany,19883.Sh.A.FurmanandA.V.Tikhonravov,OpticsofMultilayerSystem,ADAGP,Paris,19924.唐晋发,顾培夫，刘旭，李海峰编著，《现代光学薄膜技术》，浙江大学出版社，20065.林永昌,卢维强编著,《光学薄膜原理
3、》,国防工业出版社,19906.李正中编者,《薄膜光学与镀膜技术》,艺轩图书出版社,2001.13第一章光学多层膜的特性计算光学多层膜，除了单层金属膜反射镜以外，其光学特性取决于各界面上反射、透射光束的干涉效应。减反射膜决定于薄膜界面上反射光束的相消干涉,这意味着低的反射。rr12n0d1n1n2减反射膜决定于薄膜界面上反射光束的相消干涉0相对位相差为180:nd=λ/4,δ=(2π/λ)λ/4=π/211反射光束的振幅相等：nn−nn−0112rr12==,nn++nn0112rr12=,nnnnn0112
4、1//==,nn024一组高低折射率交替的薄膜，各层的光学厚度均为1/4波长称为1/4波堆。各个界面上的反射光束回到前表面时都有相同的位相，产生相长干涉。这意味着高的反射。ππ3π3πn0在高折射率层内反射的Hλ/4光束，界面上没有相位跃λ/4L变.λ/4H在低折射率层内反射的λ/4L光束，界面上有π的位相λ/4H跃变Sub考虑到光束每经历1/4波长的路程有π/2的相位延迟，各个反射光束回到前表面时有相同的位相.上面忽略了界面上的多次反射。如要精确地计算特性则必须考虑多次反射，使特性计算异乎寻常地复杂。5发展
5、了一种基于分层介质中麦克斯韦方程解的特性精确计算的方法。这就是用各层薄膜特征矩阵连乘积所表示的所谓导纳矩阵法。1-1.单色平面电磁波电磁场理论和麦克斯韦方程的几点结论：1.H和E之间的关系HKE=×()//Nεμμ,ε--介电常数00r在光波长范围，磁导率μr=1因而HK=×Nyεμ00/()()E=K×E,yN==εμ00/Ny0国际单位制自由空间的导纳y=1/377siemens.0因而数值上,yN=(自由空间单位)62.波方程的解有如下形式：E=−Eexp[i(ωtxv/)]0E=−Eexp[i(ωtN
6、2πλx/)]0这表示了一个沿x轴传播的波长为λ的平面波。对于一个沿着由方向余弦α,β,γ所决定的方向传播的平面波，它的波方程的解变为EE=−+0exp{i[ωtNxyz2πλαβγ/(+)]}3.边界条件−−E和H的切向分量通过任意界面EH,00++时是连续的。EH,00E,H+−11EEE=+1tan0tan0tan+−HHH=+1tan0tan0tan74.坡印庭矢量定义：单位时间通过单位面积的能流，也称能流密度。.SEH=×国际单位制坡印庭矢量的瞬时值是振荡的。平均值定义为光强度111∗22Iy=⋅R
7、e(EH)=Re()EN=E222反射率R=反射光强度/入射光强度透射率R=透射光强度/入射光强度1=++TRA,A---吸收率倾斜入射：R=反射光强度cosθr/θi入射光强度cosθ0θt8=反射光强度法向分量/入射光强度法向分量T=透射光强度法向分量/入射光强度法向分量场；切向分量强度：法向分量1-2.平面电磁波在单一界面上反射和折射单色线偏振光两个均匀的各向同性的无吸收介质的分界面上的反射9和折射方向：斯涅尔法则振幅：菲涅尔公式EE=−exp{i[ωtNx2πλθ/(sin+zcosθ)]}i0i00
8、0EE=−+exp{i[ωπλαβγtNxyz2/(+)]}r0r0rrrEE=−+exp{i[ωπλαβγtNxyz2/(+)]}t0t1ttt在Z=0界面上的边界条件：EEEitan+=rtanttan;Hitan+HHrtan=ttan因此NNβ==β0,光束限于入射平面内0r1tNNsinθ==ααN000r1tθ0r=θ,NNN001t11sinθ=sinθθ=sin折射定律10反射光和透
