膜系设计、结构及调试.pptx

工艺部专题讲座;主要内容：;光学设计 宏观薄膜干涉理论 干涉的条件：同一光源发出、频率相同、振动方向相同、路径不同、相位差恒定 干涉的结果：相长和相消 利用干涉现象，通过调节膜厚来改变颜色或反射率的分析 （1）叠加原理 -90°~+90°之间发生相长干涉；90°~270°之间发生相消干涉 （2）界面反射光线的相位变化 当光线由光疏介质进入光密介质时，界面处的反射光线会有180°的相位变化 （3）进入光密介质被压缩 用于计算膜层1/4波长的光学厚度。 eg:550nm处得到一个1/4波长厚度的SiO2(n=1.45)膜层的计算： 真空1/4 波长： 550÷4=137.5 在 SiO2 中被压缩后的修正值： 137.5÷1.45=94.8 在550nm处得到1/4波长光学厚度，SiO2的膜层厚度应该约为95nm。; 举例：设计一个SiO2膜，尽可能地削弱在550nm处的反射 分析： 两列光在界面处反射都有180°相位变化，相互抵消，由路径带来的相位变化即为最终的相位变化； 尽可能削弱550nm处反射，相消干涉，180°路径相位差，则需1/4波长光学厚度，因为1/4+1/4=1/2, 95nm 在275nm处，95nm厚的膜是半波的长度，1/2+1/2=1 路径差产生360°相位差， 相长干涉，反射增强。 另外，如果膜厚超过95nm，那么最小反射率会红移，即向更长波长方向，膜层的颜色也会发生变化 550nm处最小处时，发射颜色是蓝色和红色光线的中和，眼睛看起来为紫色。 限制： 多次反射；多层膜；频散； ; 微观材料特性模型+电磁理论 （1） 基础理论： 光是一种电磁波能量 材料具有一定形式的微观结构：自由电子、振动的原子和晶格、能级结构等 光作用用材料上，会引起材料微观的运动形式发生变化，反过来影响光波的电磁场 （2） 处理方法： 光——电磁波动学，波动方程表示 材料——根据不同的材料类型，采用不同的处理方法， 经典传播理论中处理原子或晶格振动吸收的物理偶极震荡模型， 处理带间跃迁吸收的量子力学模型等 两者先联系，再结合材料本身的电磁性质方程，得到材料的光学常数模型 （3）数学计算 电磁学方程和光的波动方程加上数学推导，得到了一些列单层、多层膜的反射率、透过率、吸收的计算公式 这些计算公式形式：R = f (波长、入射角度、材料光学常数、膜层厚度) 以上这些是构成薄膜设计的计算基础，是准确计算复杂膜层光学性能的依据，也是软件模拟计算的基础 ; 以Lorentz原子谐振子模型为例说明： 在外电场作用下，原子内部电子和原子核会偶极化，即偏离正常位置，并且围绕平衡位置做 周期运动，在此过程中彼此碰撞会造成能量损耗，故模型化为阻尼谐振器。电子受到加速力、 阻力、回复力以及光辐射的电场力，综合电子的位移和受力总结得到以下方程： 代入光的波动方程： 得到电子的位移表达式 结合材料本身的电磁性质方程，极化强度矢量： 电位移矢量： 将极化强度Presonant 代入可