薄膜光學基礎課件

3.4.4薄膜光學基礎所謂光學薄膜，是指在透明平整的基片或金屬光滑表面上，用物理或化學的方法涂敷的單層或多層透明介質薄膜。利用在薄膜上、下表面反射光干涉相長或相消的原理，使反射光得到增強或減弱，可制成光學元件增透膜或增反膜,滿足不同光學系統(tǒng)對反射率和透射率的不同要求。1單層光學薄膜的反射n3n2n1d設光波從第i層媒質射向第j層媒質時的反射系數(shù)和透射系數(shù)為：n3n2n1d當振幅為E0的單色平面波正入射時，各反射光的復振幅為：其中：是光波在薄膜內來回一次引入的相位延遲（不考慮半波損失）。疊加之后總的復振幅：總的反射系數(shù)：令n1＝1，n3＝1.5作圖。0.04或的情形(1)此時沒有半波損失，反射率總小于4％，這種薄膜有增透或減反作用。當或時，反射率最高，相當于沒有鍍膜。當時，此時反射率最小，透過率最大：當滿足下面條件時，R＝0，消反射：單層增透膜的缺點：1.增透帶寬窄。2.材料限制。此時膜層厚度：對于單層增反膜，鍍膜材料折射率越大越好。2雙層膜設計光學薄膜計算量很大，現(xiàn)在都是借助計算機軟件設計。在實踐設計中多采用光程先決法。即先把膜層的光學厚度定為λ。/4，然后再確定材料。g123介紹一種等效界面法。先考慮由基底g和膜層3組成的單層膜系統(tǒng)。由式(3-225)可得，此單層膜系統(tǒng)的反射系數(shù)：由于是λ。/4膜系，所以：g123再考慮由膜層2和反射系數(shù)為的等效膜層(3,g)組成的“單層膜”系統(tǒng)。這樣，此“單層膜”系統(tǒng)的反射系數(shù)：最后得到雙層膜系統(tǒng)的反射系數(shù)：等效折射率單層增反膜的反射率：12312分界面的反射率：等效折射率：3多層增反膜常用的多層高反膜是由光學厚度nd都是λ0/4的高折射率膜層和低折射率膜層交替鍍制的膜系，可表示為：GHLHL…HLHA＝G(HL)pHAp=1,2,3…其中，G和A分別代表玻璃基片和空氣；H和L分別代表高折射率膜層和低折射率膜層；p表示一共有p組高低折射率交替層，總膜層數(shù)為(2p+1)。半波長的光學厚度應寫成HH或LL。λ0/4膜系的多層高反射膜示意圖GHLHL…HLHA＝G(HL)pHA由圖，若在基片G上鍍一層λ0/4的高折射率光學膜，其反射率為式中是鍍第一層膜后的等效折射率。若在高折射率膜層上再鍍一層低折射率膜層，其反射率為式中是鍍雙層膜后的等效折射率。依此類推，當膜層為偶數(shù)(2p)層時，(HL)p膜系的等效折射率為相應的反射率為當膜層為奇數(shù)(2p+1)層時，(HL)pH膜系的等效折射率為：相應的反射率為：

由上述計算結果可見：

①要獲得高反射率，膜系的兩側最外層均應為高折射率層(H層)，因此，高反射率膜一定是奇數(shù)層。

②λ0/4膜系為奇數(shù)層時，層數(shù)愈多，反射率R愈大。③上述膜系的全部結果只對一種波長λ0成立，這個波長稱為該膜系的中心波長。當入射光偏離中心波長時，其反射率要相應地下降。因此，每一種λ0/4膜系只對一定波長范圍的光才有高反射率，如下圖所示。圖中給出了幾種不同層數(shù)的ZnS-MgF2λ0/4(λ0=0.46μm)膜系的反射特性曲線?？梢钥闯?，隨著膜系層