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1、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 复习: 反射膜 金属反射膜 增强金属反射膜 全介质反射膜 薄 膜 光 学典型膜系 金属反射镜 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 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 Ag膜、Al膜及Al+LHLH膜光谱比较 增强金属膜 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 全介质高反膜 由1/4波长厚度的高低折射率材料交替构 成的HLHLH型膜系，其导纳可以由其特 征矩阵较为容易的得到： 而反射率 ： 层数s趋近无穷大，R趋近1。 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
2、究所 57917层反射膜光谱 由上图可以看出最高反射率随层数 增加，而反射带宽并不增加 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 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 反射带宽： 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 用相对波数表示带宽： 用波长表示带宽 ： 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 波长带宽 同样道理，在1/3、1/5、1/7、1/9处的反射 带边界为： 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 全介质反射膜反射带展宽 两个以上的标准反射膜系的叠加 变厚度薄膜
3、： 算术递减 几何递减：稍好 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 如何减小反射带宽 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 红：G/(LF)50L/Air 绿：G/(7H 7F)5 7F/Air nH=2.3 nL=1.46 nF=1.38 0=550nm 负滤光片 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 反射膜系中的电场分布 当两列振幅相同的相干波沿相反方 向传播时，叠加后便产生驻波。全介质 高反膜系中沿正、反两个方向行进的平 面电磁波满足相干条件，当反射率接近1 时，满足驻波形成的条件； 精确的计算可以用矩阵的方法
4、进行； 在高能激光反射膜中经常关心电 场的分布情况 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 G/(HL)8HAir 反射膜系的电场分布情况 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 激光反射镜电场设计 两个原则 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 滤光片 q 干涉截止滤光片 q 窄带、带通滤光片 q 金属滤光片 q 负滤光片 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 q 干涉截止滤光片 有些场合，人们利用反射膜截止某 一段光谱，同时还要求另一段光谱透射 。 Long-pass or Short-pa
5、ss Filters IR cut off filters Hot mirrors Cold mirrors Edge filters Dichroic Filters 我们一般称为前、后截止滤光片和 分色 膜它们有着近似的膜系结构，使用方式 有所不同。 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 要求某一波长范围的光束高效透射 而偏离这一波长的光束骤然变化为高 反射(或称抑制)的干涉截止滤光片有着 广泛的应用（例如：电影放映机中的 冷光镜）， 通常我们把抑制短波区、 透射长波区的滤光片称为长波通滤光 片。相反抑制长波区、透射短波区的 截止滤光片就称为短波通滤光片。 薄 膜
6、 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透射曲线开始上升( 或下降)时的波长以及此 曲线上升(或下降)的许可 斜率 2高透射带的光 谱宽度、平均透射率以 及在此透射带内许可的 最小透射率 3具有低 透射率的反射带(抑制带) 的光谱宽度以及在此范 围内所许可的最大透射 率。 干涉截止滤光片 的几个重要指标 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 干涉截止滤光片的基本结构与前 面讲的反射膜是一样的，都是HL 四分之一波长的形式 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 通带波纹的压缩 可以看出标准的四分之一波长的反射膜 在反射带以外
7、，透射率是震荡的，或者说通 带内由较大的波纹幅度，我们下面利用等效 折射率的方法来分析，找到波纹压缩的方法 。 HLLH型的膜系在最外端稍加变化则可 以用（L/2HL/2)n或(H/2LH/2)n来替代。这样我 们就可以用周期膜系的等效折射率的方法进 行分析了。 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 对于以中间一层为中心，两边对称安置的多层膜 ，却具有单层膜特征矩阵的所有特点，在数学上存在 着一个等效层，这为等效折射率理论奠定了基础。 下 面我们就以最简单的对称膜系(pqp)为例说明对称膜系 在数学上存在一个等效折射率的概念。这个称膜系的 特征矩阵为： 对称膜系的等效
8、折射率 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 由于对称膜系的待征矩阵和单层膜的特征矩阵具有相同 的性质，可以假定以相似的形式来表示： 对称膜系的等效折射率 因此它可以用一层特殊的等效单层膜来描写， 这层等效膜 的折射率E（等效折射率）和位相厚度 (等效位相厚度) 可 以由下面方程求得： 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 对称膜系的等效折射率 对于某些波长范围M11的绝对值大于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 对称膜系的等效折射率 对于M11的绝对值小于1的情况： 上式表示一个周期性对称膜系在它的透射带中仍
9、然存在有一 个等效折射率，它和基本周期对称组合等效折射率E完全相 同，并且它的等效位相厚度等于基本周期的等效位相厚度s倍 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 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 L/2HL/2等 效折射率 H/2LH/2 对称膜系的等效折射率 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 通过对L/2HL/2和H/2LH/2两种基本型等效 折射率分析可以得到L/2HL/2适合短波通 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 一种压缩波纹的简单的方法是选择合 适的基本周期，通过改变基本
10、周期内的膜 层厚度，使其等效折射率变到更接近预期 值，要使这种方法有成效，则要求光洁基 片保持低的反射率即基片应有低的折射率 ，在可见光区，玻璃是十分满意的基片材 料，但是这种方法不能不加修改就用于红 外区，例如用于硅板和锗板， 更常用的方 法是在多层膜的每一侧加镀匹配层，使它 同基片以及入射介质匹配。 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 通带的展宽与压缩 /4堆这种型式的长波通滤光片，其长 波通带可以一直延伸至膜料和基片的吸收 限宽度是足够的，但短波通滤光片因为有 更高级次的截止区，所以它的通带宽度是 有限的，在有些情况下例如某些类型的热 反光镜，就要求宽得多的短
11、波通带，现在 我们讨论短波通滤光片通带的展宽的问题 。 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 通过改变基本周期的结构形式，调 整每层的折射率、厚度，使 的条件不满足，可以消除某些级 次的反射带。 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 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 光学薄膜的类型与符号 1.减反膜 2.滤光膜 3 保护膜 4 内反射 5 外反射 6 高反膜 7 分束膜 8 分色膜 9 偏振膜 10 导电膜 小结 ： 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 小结 ： 1.各种膜系的实际应用
12、 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 2. 概括光学薄膜的本质内容 光在通过分层媒质时，来自不同界面 的反射光、透射光在光的入射及反射方向 产生光的干涉现象，人们正是利用这种干 涉现象，通过改变薄膜材料及其厚度等特 性来人为的控制光的干涉，根据需要来实 现光能的重新分配。 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 3. 光学薄膜的特点 Optical thin films 通常光学薄膜时非常薄的； Optical coatings 一般来讲薄膜敷于光学 玻璃、塑料、晶体等基底上； Optical layers 光学薄膜的一个特点是分 层结构； 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
