薄膜干涉仿真.doc

光学仿真课程设计报告 学院名称 ： 电子工程学院 专业名称 ： 电子科学与技术 指导教师 ： 刘娟 学生姓名 ： xx 班 级 ： 科技1001 学号 ： 051020xx（xx） 时间 ： 2012年11月19日 —— 2012年11月30日 课程设计名称：薄膜干涉的仿真 课程设计目的： 1．掌握单层光学薄膜的反射特性； 2．掌握光学薄膜的作用及增透增反的概念。 任务与要求： 对单层膜反射系数、反射率及相位因子进行计算，其中玻璃基片n=1.5，薄膜折射率依次取1.0、1.2、1.4、1.5、1.7、2.0、3.0，绘出反射率随薄膜厚度，入射角及波长的变化曲线。总结薄膜反射的特点。 课程设计原理： 在玻璃基片的光滑表面上镀一层折射率和厚度都均匀的透明介质薄膜，当光束入射到薄膜上时，将在膜内产生多次反射，并且在薄膜的两表面上有一系列的互相平行的光束射出。 假设薄膜的厚度为h，折射率喂n1，基片折射率为n2，光由折射率喂n0的介质入射到薄膜上，采用类似于平行平板多光束干涉的处理方法，可以得到单层膜的反射系数为：r=Eor/Eoi= |r |eiφr。式中r1是薄膜上表面的反射系数，r2是薄膜下表面的反射系数，φ是相邻两个出射光束间的相位差，且有：φ=4π*n1*h*cosθ1/λ。 当光束正入射到薄膜上的时候，薄膜两表面的反射系数分别为： r1=(n0-n1)/(n0+n1); r2=(n1-n2)/(n1+n2) 最后我们可以得到正入射时单层膜的反射率公式： R=[(n0-n2)2*cos2(φ/2)+(n0*n2/n1-n1)2sin2(φ/2)]/ [(n0+n2)2*cos2(φ/2)+(n0*n2/n1+n1)2sin2(φ/2)]。 对于一定的基片和介质膜，n0、n2为常数，可由上式得到R随φ即随n1*h的变化规律。实验仿真中的图给出了n0=1，n2=1.5，对给定波长λ0和不同折射率的介质膜，按照上式计算出的单层膜反射率R随膜层光学厚度n1*h的变化曲线。由此曲线可如下结论： n1=n0或n1=n2时，R和未镀膜时的反射率R0一样。 n1＜n2时，R＜R0,该单层膜的反射率较之未镀膜时减小，透过率增大，即该膜具有增透的作用，作为增透膜。 进一步观察实验所得的图可以看出，当n1＜n2，n1*h=λ0/4时，反射率最小，且R=Rm，有最好的增透效果。这个最小反射率为： Rm=[(n0-n12/n2)/(n0+n12/n2)]2 由该式可见，当镀膜材料的折射率n1=(n0*n2)?时，Rm=0，此时达到完全增透的效果。 另外，如果我们赋予n0、n1、n2以稍微不同的意义，那么上式也适用于光束斜入射的情况。根据菲涅尔公式，在折射率不同的两个介质界面上，例如对于薄膜上表面，光束斜入射时的反射系数为： r1s=-[(n1*cosθ1-n0*cosθ0)/(n1*cosθ1+n0*cosθ0)] r1p=[(n1/cosθ1-n0/cosθ0)/(n1/cosθ1+n0/cosθ0)] 在反射率的计算公式中，对s分量和p分量分别用相应的有效折射率代替，就可以分别求出s分量和p分量光斜入射时的反射率，取其平均值既可得到入射自然光的反射率。而在实验中的第二个图中，我们可以看到，随入射角增大，反射率增加，同时反射率极小值位置向短波方向移动。 n1＞n2时，R＞R0,该当层膜的反射率较未镀膜时增大，即该膜具有增反的作用，称为增反膜。并且观察变化曲线可以看出，当n1＞n2，且n1*h=λ0/4时，反射率最大，且R=RM,有最好的增反效果，其最大反射率为： RM=[(n0-n12/n2)/(n0+n12/n2)]2 尽管与计算最小反射率的公式相同，单因n1值不同，对应的反射率R，一个是最大，一个是最小。 对于n1*h=λ0/2的半波长膜，不管膜层折射率比基片折射率大还是小，单层膜对于λ0的反射率都和未镀膜时的基片反射率相同，即为： R=[(n0-n2)/(n0+n2)]2 这说明，对于波长为λ0的光，膜层厚度增加(或减小) λ0/2，对反射率没有影响。 课程设计步骤（流程图） 仿真结果分析 从图中我们可以看到，当n1=n0或者n1=n2时，R和未镀膜的反射率R0是一样的。而当n1＜n2的时候，R＜R0，在λ0/4时反射率最小。此时的单层膜具有增透的效果，称为增透膜。当n1＞n2时，R＞R0，在λ0/4时反射率最大。此时的单层膜具有增反的效果，称为增反膜。 从图中我们可以看出来，当波长一定的时候，入射角越大，那么反射率越大。同时反射率极小值位置向短波方向移动。另外，当入射角一定的时候，波长越长，那么反射率越大。 仿真小结 第一个程序并不是太过困难，我们只是逐一的将