薄膜光学第二章..ppt

为了了解透射带的波纹产生原因，先了解对称膜等效理论：任何对称的周期性多层膜都可以等效成单层膜。 ns nF n0 单层膜的特征矩阵 特征矩阵特点： 1） 对于无吸收介质膜，M11＝M22均为实数； 2） M12、M21均为纯虚数； 3） M11M22－ M12M21＝1 透射带的波纹问题。 对膜系（pqp）的特征矩阵也存在下列特征： 1） 对于无吸收介质膜， M11＝M22均为实数； 2） M12、M21均为纯虚数； 3） M11M22－ M12M21＝1。 等效折射率 等效相位厚 对周期性的（pqp）膜系的特征矩阵： 对比单层膜特征矩阵，可得周期性的（pqp）膜系的等效折射率和等效相位厚 干涉截止滤光片的基本膜系是周期性多层膜系(LH)s，该膜系不是对称膜系。如果将该膜系的两侧各加一?/8膜层，即两种可能结构: 1） 这两种膜系与(LH)S具有相同的高反带和高透带分布。但由于其结构的对称性，可用等效成单层膜理论进行分析。 2） (0.5pq0.5p)膜系在整个反射带都不存在等效膜层。这是由于按照等效成单层膜理论所求得的等效光学导纳为纯虚数。 3） 在整个透射带可等效成一个具有确定的折射率E和相位厚度?的单层膜。 在整个透射带，透过率在两个极值之间振荡： 产生波纹的原因： 1）等效光学导纳失配(波纹的幅度)(R1-R2?0)； 2）等效位相厚度随波长变化。 膜厚??4的偶数倍，膜层变为虚设层 膜厚??4的奇数倍 压缩波纹的方法 选取适当的对称膜系，使得在透射带内的等效折射率等于基质的折射率即使R1=R2，本质是选膜层材料，要求基片表面的反射损耗要小，但对于不同的基底不一定有合适的膜层材料。 改变基本周期的膜层厚度，使等效折射率更接近于预期值。同样要求基片折射率要低，反射损耗小。这种方法可可见光可以，红外区损耗大。 在多层膜的每一侧加镀匹配层（ ?/4层 ），使它与基质以及入射介质匹配。插入层相当于多层膜界面的减反膜。 改进后的长波通滤光片 改进后的短波通滤光片 截止波长和截止带中心的透过率(了解) 对周期性膜系(0.5LH0.5L)S或(0.5HL0.5H)S，由等效界面理论求特征矩阵 其透过率公式为 计算截止波长处透过率的关键：怎么从特征矩阵出发确定截止波长？也就是说在截止波长处的特征矩阵有什么特征？ 视具体膜系组合而定 计算截止带中心的透过率（了解） 在截止带中心，膜层可表示为： 根据??4膜厚和??2膜厚的特征矩阵，总膜系的特征矩阵为： 设计截止滤光片的步骤: 根据要求，决定选什么膜系结构； 选择膜层材料； 计算截止波长、截止带宽、通带； 计算通带的透过率以及截止和过渡特性； 检验这些参数是否满足要求，并且进一部修改设计或得出适当的结论。 3）应用 彩色分光膜：将一束光分为不同颜色的几个部分。 两种彩色分光系统 关键：减少偏振效应。 方法：减小入射角(22.5?)。 T T T 应用：彩色电视、彩色印刷、彩色打印（复印）等。 反热镜和冷光镜 反热镜又称反红外滤光片: 透过可见光，滤去红外辐射，消除热效应。属短波通滤光片。截止波长在0.7?m附近。 硅酸盐吸热玻璃、磷酸盐吸热玻璃、光致变色玻璃等。 介质膜系：光学性能好，但膜层多、工艺复杂，不实用。 金属膜：膜层大大减少。TiO2|Ag|TiO2导电反射膜。 金属氧化膜薄膜：銦锡氧化物薄膜（ITO）。 关注点：透射光的色中性、色平衡。 制作（构成）：吸热玻璃?镀膜。 应用：精密光学系统，如背投　电视系统、数字投影仪器数码像机、CCD成像　探测系统。用于抑制红外光热辐射的干扰，提高光学质量。 典型的反热镜技术指标：　近红外反射大于95%（典型值97%）　可见光透射大于90%（典型值93%） 冷光镜：反射可见光，透过近红外，属于长波通滤光片。 太阳能电池滤紫外（免受紫外辐射） CCD摄像系统的红外介质滤光片：隔离红外噪声，改善图像的信噪比，提高成像质量。 带通滤光片：在一定的波段内，只有中间一小段是高透过率的通带，而在通带的两侧是高反射率的截止带。 主要参数： 中心波长（峰值波长）； 中心波长处的透过率； 通带宽度：透射率降为峰值透过率一半的波长宽度。 两种典型结构： 1）由一长波通膜系和一短波通膜系的重叠带波段形成的通带。其特点为较宽的截止带和较深的截止度，但不易得到窄的通带宽度。 2）Fabry-perot（F-P）干涉仪式的滤光膜系。其特点为可得到很窄的通带宽度，但截止带也较窄，截止度也浅。 带通滤光片 金属－介质F-P滤光片 金属层 介质层 结构：两个金属反射膜夹一个薄膜介质层。薄膜介质层的厚度很薄，使得滤光片工作于较低的干涉级次（4级）。制作的精度要求远小于标准具的要求。 由平行平板多光束干