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1、薄膜光学镀层 在过去的十年中 , 光学镀层领域取得了稳 步的进展 , 并得到了某些惊人的结果 。 薄 膜材料和工艺技 术而不 是薄膜设 计支配了这个领域的发 展 。 与潮气吸附有关 的主要 问题 并没有完全解决 , 但离子辅助的沉积技术给人们 以希望 的曙光 。 引官 光学镀层 利用薄膜的特性以改变表面 的光 学性质 。 最简单的薄膜镀层是一 不透明 的金属 层 。 这里薄膜是厚于 电磁辐射的表面深度 , 所以 尽管它是 固体金属 , 镀膜的元件起着光学 的作 用 。 这种类型 的镀 层用作前表面反射镜 , 薄膜 只要能保持高的反射率通常做得尽可能 的薄 , 以便把诸如表面粗糙度这样的缺陷减到
2、 最小 。 最普 通的这种类型的镀层是单层 的铝膜 。 最 近 ? “已经对称作为前表面 反射镜 的 镀 层 作 了综述 。 还有其它类型 的单层金 属镀层 , 薄膜 做得 更薄 , 所以还有一定的透射 。 简单 的中性密 度滤光片就属 于这种类型 。 除非覆盖有另外的 介质层作为保护或进一步的改变表面性质 , 在 金 属反射镜或中性密度滤光片中几乎没 有干涉 的作用 。 然而 , 在大部分薄膜镀层中干 涉效应 确是起着重要的作用 , 而且也就是干涉决定了 我们在本文中所理解的 “ 薄 ” 的含义 。 薄膜简单 地就是在其中产生有干涉效应的膜层 。 由于这 不仅决定于薄膜本身 , 还 同样地决
3、定于光源和 探测器 , 膜层可以在某些应用中表现得像厚膜 , 而在其它 的场合中却是薄膜 。 通常在光学镀层 中膜层是薄的而基片是厚 的 。 我们 , 多少是人为地 , 把这篇叙述分成若 干节 , 冠以设计 、 性能 、 制造和 应用 、 基础 研 究和新的工艺技术等标题 。 其中有些专题最 近 已在! #的会议录中作了评述 , 因此这里仅 简略地提一 下 。 在过去的十年中取得的可能是 最大的进展 , 是我们比过去更清楚地认识到这 些专题之间相互关联的程度 。 如果试 图选择一 个最重要的课题 , 对实际上光学薄膜的所有 方 面都有巨大影响的课题 , 那 么这一定是微观结 构 。 设计 薄膜
4、光学镀层是大量文 献的研究课 题 % 一月!# 召开的一次会议 上报告过 9 勿 召不么9 9 ? 述哥奎 其特性愈来愈接近 目标值 。 事实上 , 这种自动 校正已经成为更可取 的设计技术 。 解析方法用 来达到一个好的初始设计 , 然后用计算机校正 以得到最后的设计 。 对这一领域的进展 , 在过去十年中计算效 率的极 大提高是一个主要 的 因素 。 ? !#% 一层减反射膜的特性(8 。 的折射率变化的函数之 间可以写 出近似的关系 式 。 这个关系式基本上是付里 叶变换的形式 。 这类技术并不完 全是新的 , 曾是 ?# ) ,。 和 # % ”等人 的研究 课题 。 这种类型的 设
5、计 技 术的基本部分是特殊的特性函数 。 最近7 。 入 、 由下面 的方程把它和镀层 的折射率联系起来 , 。 ( 二/ 一 。 手各甲卑月 , 甲(/ 吸 ; 吕 一、 . 这里的 是波矢量 , 甲( / 是相位因子 , 它必 汀咐 金 / 务愚茸 须是奇函数以保证实数 准 。 叔 评 + 勒 。 和 。 坎炙 ( , 二夕 自动校正 的0 一层短 波邀雄光片的 特性说 明了计算机的进步 。 , ( 二 / , 而且 , ( “ /. “ 旦 ! # % 角入射的多层膜在 一偏 振 和 偏振 之 间具有 5 7 相对相移是可能的 。 接着 0 7人波长处它给出了接近于 4 = 人处具有高至
6、. ;肠的反射 率 。 这些 多层膜不是由介质膜堆构成的 , 而是由交替的 介质 吸收层组合构成的 。 把吸收层放在驻波场 的波节处 , 用与金属 一介质组合完全相 同 的 方 法可以提高反射率 。 介质层 经常是碳或硼 , 而 吸收 层通常是合金 , 或者金 和把 的合金 , 或者 徕钨合金 。 许多研究 组 , 包括 ? 的研究 组活 跃在这个领域 , 这个波段的反射镜设计的 理论研 究见文 献 46 小 ,7 % 仍加, 一, 从 吕,9 过丛 种 砧 。 尽。 , 示了反射率 的尖锐的下降 。 ? +首先报导 了这个现象 , 而? 和他的同事们 、幻则 详 细 地作了说明 , 他们用特
7、性计算证明了反射率 的谐振发生在石英的剩余辐 射吸 收带 3 , ?0 ? 18开始的波 段 。 事 实 上这是 石英的光学导纳 随着入射角 的变化而变化 的结 果 。 在 吸收带闭值的条件下 , 虽然不 在吸收带 内 , , 一偏振的光学导 纳可 以离开第四象限而进 到第一象限 , 这时它将产生 深的反射率谐振 , 就象同表面 电磁振荡激元有关的谐振一样 。 也 有人 卿 指出了 卜偏振光的进一步效应 , 镀在金 属 上的介质层在非常大的入射角情况下可 以出 现陡峭的反射率凹谷 。 有很多方法可以解释这 效应 , 但它也是光学导纳 的角度变化的结果 。 募 擎 了 9 次天 劣夕 玻璃上%.
8、 一层(1一多层膜 在不 同 入射淆测 盆时的 一偏振反射率4 .。 利用相变材料已经 设计 了其它 新奇的 镀 层 。 二 氧化钒就是这样一种材料 , 它在47 , 薄膜用 :% , 1?爪?+0 , 1 ? 1) 宝滋 0 + , , 4 7 , 4 : .。 =_ 0 + ?,+ ? 1 +0, 工 ?幼1 ; % +, 0 ,+ ,+恤 比 +0 ? 1 ! , 1 , , !1 ?1 / ,?1 ! / , ?(, 4 5了 ;一;6 , 4 5 ; 丁2/? ?1 ” (,)?,让 1 + ,让?0,+一+0) ,) ) +, ( ,+ ?1() +? ?0 ,+) +?,+ )
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