光学薄膜及其应用解析ppt课件

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1、薄膜原理与技术薄膜原理与技术蒋玉蓉68913073-802，18612039729参考书目参考书目1.唐晋发、顾培夫等，现代光学薄膜技术，浙江大学出版社，20062. 卢进军、刘卫国等，光学薄膜技术，电子工业出版社，20113. 唐晋发、顾培夫, 薄膜光学与技术,机械工业出版社, 1989 4. 林永昌、卢维强，光学薄膜原理，国防工业出版社，19905. 李正中，薄膜光学与镀膜技术，台湾艺轩图书出版社，20016. 顾培夫, 薄膜技术，浙江大学出版社, 19907. H.K.Pulker, Coatings on Glass, Rlsevier 19849. H.A.Macleod, Thin

2、 Film Optical Filters (2nd,3rd ed.), Adam Hilger,Bristol,1986,2002 图像融合需要红绿蓝滤光片图像融合需要红绿蓝滤光片镜头炫光下造成画面的影响镜头炫光下造成画面的影响镜头前镀膜减少炫光的产生镜头前镀膜减少炫光的产生, 也強化了画面的明亮度也強化了画面的明亮度防眩光吸收膜防眩光吸收膜 有吸收的减反射薄膜有吸收的减反射薄膜LCD玻璃玻璃用高速电子流轰击原子中的内层电子而产生的电磁辐射远红外线9600mm0.150.01ev由炽热物体、气体中红外线1.0nm8mm1.20.15ev放电或其它光源激近红外线0.71.0mm1.81.2ev

3、发分子或原子等微可见光区0.40.7mm3.11.8ev观客体所产生的电近紫外0.20.4mm6.23.1ev磁辐射远紫外0.030.2mm41.46.2evx射线0.1nm0.03mm1200042ev射线1.0pm0.1nm1.2E612000ev放射性原子衰变发出的电磁辐射或高能粒子碰撞产生的电磁辐射电磁波谱电磁波谱什么是光学薄膜什么是光学薄膜Optical thin films, Optical coatings, Optical layers 光学薄膜是在光学元件上或独立基板上镀上特定的膜光学薄膜是在光学元件上或独立基板上镀上特定的膜质来改变光波传递的特性。质来改变光波传递的特性。一

4、 课程介绍当光在膜层中的干涉现象可被侦测到时，我们认为这层膜当光在膜层中的干涉现象可被侦测到时，我们认为这层膜是薄的。是薄的。Q Q：薄膜有什么特点？：薄膜有什么特点？Q Q：那么要薄到什么程度呢？：那么要薄到什么程度呢？光学薄膜由光的干涉作用达到效果光学薄膜由光的干涉作用达到效果薄膜光学原理应用 制作检测薄膜原理与技术课程目的：薄膜原理与技术课程目的：折射率为152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15%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(097)7807% 未镀膜： T=(0.92)7=55.7%这比没有经过镀膜

5、处理的系统提高了约25的透射能量常用光学薄膜单层 MgF2 增透膜 红外增透膜1、增透膜2、反射膜3、分光膜光学薄膜在光学系统中的作用光学薄膜在光学系统中的作用高反射镜高反射镜 减反射镜减反射镜分光镜分光镜分色镜分色镜提高光学效提高光学效率率 减少杂光减少杂光 截止滤光片截止滤光片带通滤光片带通滤光片实现光束的实现光束的调整或再分调整或再分配配 通过波长的选通过波长的选择性透过提高择性透过提高系统信噪比系统信噪比 高反射镜高反射镜金属有高的反射率，吸收值大常用银金铝反光镜，梳妆镜金属膜反射镜金属膜反射镜吸收值小，有极高的反射率高功率反射镜高锐度反射镜介电质膜高反射镜介电质膜高反射镜只取反射光，

6、尽量减少透射光减反射镜减反射镜减少光学元器件表面的反射光，提高透射光增加光学系统透过率减少杂散光提高象质减反膜的作减反膜的作用用日常生活中运用最为广泛如眼镜、显示器、屏幕等等减反膜的应减反膜的应用用双色分光镜原理图偏振分光镜原理图SP中性分光镜分光镜分光镜中性分光镜双色分光镜 偏振光分光镜在某波段不透光而相邻的另一波段有很高的透射率的一种光学器件截止滤光片截止滤光片长波通滤光片短波通滤光片实际应用：冷光镜、彩色分光膜等带通滤光片带通滤光片指某波段域内透射率很高而其两旁透射率甚低的滤光片典型结构典型结构：Fabry-Perot型滤光片型滤光片Transmittance%实际应用：光纤通讯行业，数

7、码，投影仪等Using Optic InfoBase AdaptiveOpticsAtmosphericandOceanicOpticsAtomicandMolecularPhysicsCoherenceandStatisticalOpticsDiffractionandGratingsFiberOpticsandOpticalCommunicationsFourierOpticsandSignalProcessingGeometricopticsHolographyImagingSystemsInstrumentation,Measurement,andMetrologyIntegrated

8、OpticsLaserMicrofabricationLasersandLaserOpticsMaterialsMedicalOpticsandBiotechnologyMetamaterialsMetamaterialsMetamaterialsMetamaterialsMicroscopyNonlinearOpticsOpticalDesignandFabricationOpticalDevicesOpticsatSurfacesOptoelectronicsPhotonic CrystalsPhotonic CrystalsPhotonic CrystalsPhotonic Crysta

9、ls PhysicalOpticsQuantumOpticsRemoteSensingScatteringSensorsSolarEnergySpectroscopyThin FilmsThin FilmsThin FilmsThin Films UltrafastOpticsTopics in this Issue4二十世纪七十年代, 利用计算机进行膜系设计 1现象: 薄膜现象及模仿应用21873年麦克斯出版了巨著论电与磁奠定了分析薄膜光学问题的全部理论基础3光学薄膜的快速发展，1930年油扩散泵二 薄膜光学发展的历史及现状 迄今已经形成独立的学科，成熟的技术，全自动的工业化生产二十世纪八十

10、年代，电子束蒸发技术的应用二十世纪九十年代，离子镀膜技术三三 光学薄膜的原理：干涉光学薄膜的原理：干涉两束光产生干涉的条件：两束光产生干涉的条件：频率相同频率相同振动方向一致振动方向一致位相相同或位相差恒定位相相同或位相差恒定光学薄膜有改变电磁波的路径的特性光学薄膜很薄时就会产生干涉，当光学薄膜很厚时就产生不了干涉当我们把很薄的膜组合起来就有很多新的特性产生.薄膜的双光束干涉薄膜的双光束干涉 如果先不考虑光在界面1、2上反射时的相位跃变，则当光程差为时，将产生相长干涉；而当时，将产生相消干涉。四 薄膜光学的研究内容RT（1）光学薄膜的结构（2）薄膜光学研究的基本内容：光在某种介质层中的传播规律

11、：即反射率(R)、 透射率（T）、相位（ ）、吸收率（A）、偏振（P）等特性。 （3）光学薄膜的基本分类五五 光学薄膜的应用光学薄膜的应用光学薄膜在光学系统中的作用：光学薄膜在光学系统中的作用：提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、高反射膜。 实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等 与镀膜技术密切相关的产业与镀膜技术密切相关的产业镀膜眼镜镀膜眼镜幕墙玻璃幕墙玻璃滤光片滤光片ITO膜膜车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片车灯

12、、冷光镜、舞台灯光滤光片光通信领域：光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件、光纤薄膜器件红外膜红外膜投影显示投影显示光学薄膜在液晶投影显示中的应用光学薄膜在液晶投影显示中的应用光学薄膜在液晶投影显示中的应用光学薄膜在液晶投影显示中的应用高效率的减反射膜与高反射膜高效率的减反射膜与高反射膜冷光镜及红外、紫外截止滤光片冷光镜及红外、紫外截止滤光片 偏振光转换用膜偏振光转换用膜分色与合色光学薄膜分色与合色光学薄膜 液晶投影显示系统中，几乎所有的典型的光学薄膜都得到了应用。光光学学薄薄膜膜在在投投影影机机上上的的各各种种应应用用减反膜，偏振分光膜高射反膜减反膜，分色膜，截止带通滤光膜 冷反光镜冷反光镜:

13、: 灯泡、液晶板、薄膜偏振片、位相片隔热等灯泡、液晶板、薄膜偏振片、位相片隔热等偏振片偏振片: PCS: PCS、预偏和偏振器、预偏和偏振器, ,特别是宽角宽波段特别是宽角宽波段PBSPBS截止滤光片截止滤光片: : 白光分成白光分成R,G,BR,G,B或合成彩色图像；修饰颜色；色轮等或合成彩色图像；修饰颜色；色轮等AR CoatingsAR Coatings: : 各种透光元件各种透光元件, ,在在TIRTIR棱镜中的宽角棱镜中的宽角ARAR膜膜反射镜反射镜: : 各种反射元件各种反射元件, ,在光管中的大角度反射镜在光管中的大角度反射镜消偏振膜消偏振膜: : 在在PhilipsPhilip

14、s棱镜中的消偏振分色合色截止滤光片棱镜中的消偏振分色合色截止滤光片位相膜位相膜: : 补偿液晶板不同波长的相位差，提高补偿液晶板不同波长的相位差，提高对比度对比度 薄膜在投影显示中的应用薄膜在投影显示中的应用 DWDM filter 工作原理光学薄膜在光通信领域的应用光学薄膜在光通信领域的应用以光通信中以光通信中DWDM filter为代表的光学薄膜应用是为代表的光学薄膜应用是目前光学薄膜技术最高水平的代表。目前光学薄膜技术最高水平的代表。DWDM filter 主要技术指标主要技术指标中心波长：1550nm;带宽4nm(100GHz)温漂：0.1nm/ 1000C插入损耗：0.2db 透过率

15、约为95%隔离度高DWDM filter 制作关键技术的解决制作关键技术的解决例如：解决无温漂、基板测温、低损耗基底材料、镀膜材料温度监控：热像仪、激光测温工艺手段德国Leybold ：APS源、电子枪日本Optorun：电子枪+离子辅助美国Ion-tech：离子束溅射眼镜镜片：镜片材料主要是氧化物如二氧化硅，氧化镁，氧化锌，氧化铝，氧化钠，氧化钾等等。UV光学白片添加少量的氧化钛或氧化铈等吸收紫外线，最普遍防紫外线优质白色镜片光学玻璃成分中添加卤化银等化合物使镜片在紫外线照射下分解成银河卤素原子，颜色由浅变深。有色玻璃镜片主要是镀了不同的氧化物产生颜色起到一定的作用，如添加氧化锰，氧化铁，氧

16、化镍等着茶色作太阳镜防眩光。太阳能电池裸硅表面的反射率在30%以上 将电池表面腐蚀成绒面或者多孔状(增加光与半导体表面作用的次数,同时会使电池温度升高)镀上减反射膜(SiO2/SnO2/TiO2/SiNx/SiCx等)ITO镀膜氧化铟锡（即Indium Tin Oxide, 简称ITO）材料是一种n型半导体材料，在In2O3掺入SnO2.具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和化学稳定性液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、电致发光显示器（ EL/OLED）、触摸屏（Touch Panel）、太阳能电池以及其它电子仪表的透明电极最常用的材料。 带有ITO薄膜层控制液晶的运动镀膜

17、玻璃镀膜玻璃E值：辐射率。辐射率是指透过玻璃的远红外线与入射远红外线之比。辐射率越小，通过膜层反射回去的热量越多，隔热效果越好。K值（U值）：是指在稳定传热条件下，玻璃两侧空气温度差为1时，单位时间内通过1平方米中空玻璃的传热量，以W/m2表示。K值越低，说明中空玻璃的保温隔热性能越好，节能效果越显著。G值：G值是太阳能获得值（遮荫系数）。它是用来衡量太阳能总透过率的量。南方地区要求G值越低越好，北方地区要求G值越高越好。参数解释：参数解释：阳光控制膜阳光控制膜CrNx/NiCrNxSi3N4SnO2GLASS特点：特点：1 1、造价高，抗磨损；、造价高，抗磨损；2 2、颜色：银白色、蓝色、金

18、、颜色：银白色、蓝色、金色和棕色；色和棕色；3 3、透光度：、透光度：8-20%8-20%；4 4、g g值：值：0.2-0.30.2-0.3。TiO2CrNx/NiCrNxSi3N4GLASSSi3N4特点：特点：1 1、造价高，抗磨损；、造价高，抗磨损；2 2、颜色：银白色、灰、颜色：银白色、灰 色、蓝色、绿色和棕色；色、蓝色、绿色和棕色；3 3、透光度：、透光度：8-40%8-40%；4 4、可钢化，且颜色不会变化、可钢化，且颜色不会变化 。欧洲市场流行的膜系可热处理的膜系标准标准Low-ELow-E膜膜 ZnOAgTiO2GLASSNiCrOxSi3N4特点：特点：1 1、透光度：、透

19、光度：83%83%；2 2、E E值：值：0.060.06；3 3、G G值：值：0.550.60.550.6。阳光阳光Low-ELow-E膜膜 NiCrOxAgTiO2GLASSNiCrOxSi3N4特点：特点：1 1、透光度：、透光度：48%48%；2 2、E E值：值：0.10.1； 3 3、G G值：值：0.50.55 0.50.55 薄膜光学通过近几十年的发展，在以下方面都有了长足的进步：薄膜光学通过近几十年的发展，在以下方面都有了长足的进步：但是，仍存在许多困难。我们这些在薄膜领域工作的人。在镀但是，仍存在许多困难。我们这些在薄膜领域工作的人。在镀膜工艺曾经有过较多的一时难以解释的

20、失败和教训，这些失败膜工艺曾经有过较多的一时难以解释的失败和教训，这些失败往往涉及已经充分研究过的、在一段时间内行之有效的技术往往涉及已经充分研究过的、在一段时间内行之有效的技术对于诸如此类的困难，除了抱怨天气之外，往往以运气不对于诸如此类的困难，除了抱怨天气之外，往往以运气不佳为理由，人们甚至能在镀膜车间看到祈求好运的符标。佳为理由，人们甚至能在镀膜车间看到祈求好运的符标。-麦克劳德麦克劳德1.膜系设计膜系设计2.薄膜材料薄膜材料3.测量技术测量技术4.薄膜制备，包括制备方法以及控制手段薄膜制备，包括制备方法以及控制手段5.相关产业等等相关产业等等光学薄膜的发展趋势光学薄膜的发展趋势1. 光学薄膜的理论已趋成熟，重点是设备和制备技术及光学薄膜的理论已趋成熟，重点是设备和制备技术及检测技术的提高；检测技术的提高；2. 2. 新的应用开拓新的应用开拓-象激光、光通讯等之类的重要应用；象激光、光通讯等之类的重要应用；3. 3. 各种功能的光电子薄膜及器件，如光源、调制、放大、各种功能的光电子薄膜及器件，如光源、调制、放大、接收、显示、传感器等；接收、显示、传感器等；4. 4. 从目前的一维薄膜向多维发展从目前的一维薄膜向多维发展-光子晶体；光子晶体；5. 5. 薄膜的微小化，集成化，功能化薄膜的微小化，集成化，功能化- MEMS,MOEMS- MEMS,MOEMS。