《薄膜光学》-.ppt
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1、薄 膜 光 学高劲松中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院长春光学精密机械与物理研究所薄薄 膜膜 光光 学学1整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学参考书参考书光学薄膜技术,光学薄膜技术,H.A.麦克劳德著,周九林、尹树百译,国防工业出麦克劳德著,周九林、尹树百译,国防工业出版社版社1974 应用光学薄膜,唐晋发、郑权著,上海科学技术出版社,应用光学薄膜,唐晋发、郑权著,上海科学技术出版社,1984玻璃镀膜,玻璃镀膜,H.K.普尔克尔著,仲永安等译,科学出版社,普尔克尔著,仲永安等译,科学出版社,1988光学薄膜原理,林永昌、卢维强著,国防工业出版社光学薄膜原理,林永昌、卢维强著,国防工业
2、出版社1990薄膜科学与技术手册,田民波、刘德令,机械工业出版社,薄膜科学与技术手册,田民波、刘德令,机械工业出版社,1991OPTICAL THIN FILMS USER HANDBOOK,JAMES D.RANCOUNT2整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论你所知道的关于薄膜你所知道的关于薄膜镀膜镜片镀膜镜片镀膜镜片镀膜镜片滤光片、反射镜滤光片、反射镜牛顿环牛顿环类金刚石膜类金刚石膜3整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言 前言-人类生活在周围充满着光的世界里,光是一种人们无时无刻不遇到的自然现象。更为重要的是:光是信息的重要载体,研究光的本性及其传播规律的学科就是光学。和光
3、打交道,离不开光学薄膜,薄膜光学是现代光学必不可少的基础技术,它是物理光学的一个重要分支。专项技术 另一方面,由于光学薄膜的制备过程与真空技术、表面物理、材料科学、等离子体技术等等密切相关,所以光学薄膜又可以称得上是一门综合学科 近年来,薄膜光学技术随着现代科学技术的发展而迅速发展,特别是计算机技术给薄膜理论分析带来巨大方便。4整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言 前言 光学薄膜这门学科已成为现代光学不可缺少的一光学薄膜这门学科已成为现代光学不可缺少的一个重要组成部分,没有光学薄膜,许多现代光学装置个重要组成部分,没有光学薄膜,许多现代光学装置便无法发挥效能,失去作用,无论在提高或降低反射
4、便无法发挥效能,失去作用,无论在提高或降低反射率、吸收率与透射率方面,在使光束分开或合并方面,率、吸收率与透射率方面,在使光束分开或合并方面,或者在分色方面,在使光束偏振或检偏方面,以及在或者在分色方面,在使光束偏振或检偏方面,以及在使某光谱带通过或阻滞方面,在调整位相方面等等,使某光谱带通过或阻滞方面,在调整位相方面等等,光学薄膜均起着至关重要的作用。光学薄膜均起着至关重要的作用。总之,薄膜在许总之,薄膜在许多场合都扮演关键脚色。薄膜器件的轻巧灵便、稳定多场合都扮演关键脚色。薄膜器件的轻巧灵便、稳定给它带来更广阔的应用给它带来更广阔的应用 :窄带滤光片窄带滤光片光栅单色仪光栅单色仪5整理pp
5、t什么是光学薄膜什么是光学薄膜Optical coatings 一般来讲薄膜敷于光学玻璃、塑料、晶体等基底上;Optical thin films 通常意义的光学薄膜;Optical layers 光学薄膜的一个特点是分层结构;可以用三个常用的英文来形象的解释:6整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言薄膜光学课程目的薄膜光学课程目的了解光学薄膜的基础理论,掌握简单的设计了解薄膜制作方法及相关工艺,了解常用薄膜的性能指标及相关的检测方法 7整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言薄膜光学课程目的薄膜光学课程目的v对于今后有志于从事薄膜领域工作的同学起到一个抛砖引玉的作用v对于从事其他学科研究、
6、应用的同学起到一个了解光学薄膜、了解如何用光学薄膜、如何用好薄膜的作用8整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言光学薄膜的发展历史光学薄膜的发展历史 人类最早发现的五光十色的肥皂泡,水面上彩色斑烂的油膜,两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环,所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的注意,他们各自部提出了一些初步解释,但均不令人满意,直到一百五十年以后,即1801年托马斯 杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步发扬光大以后,上述现象才彻底为人们弄清,物理光学的基础才从此建立起来今天我们可以说,整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。9整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言光学薄膜的发展历
7、史光学薄膜的发展历史 夫琅和费早在1827年制成了可以说是第一批减反射膜,他将经过精细地抛光的平面玻璃一半放在浓硫酸或浓硝酸中腐蚀。将玻璃上的酸液清洗干净之后发现,经酸腐蚀的表面所反射的光强远低于另一半表面的反射光强,即酸经过的那部分玻璃表面失掉了某种成分,形成薄薄一层折射率比玻璃基底折射率低的失泽层,不过玻璃还未遭刻蚀,“因为其适时光仍和另一半表面一样(实际上更高),以致在透射光中仔细检查也不能找出它们的分界线来,”经过硫酸或硝酸的这种处理之后,有些牌号的玻璃表面呈现美丽鲜艳的色彩;使光沿各种不同的角度入射,则色彩婉如肥皂泡一样变幻无穷。10整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言光学薄膜的
8、发展历史光学薄膜的发展历史 1886年瑞利在英国皇家协会报告说:“失泽”的冕玻璃平板,其反射比刚抛光更低原因是玻璃形成了薄薄的一层膜。1891年丹尼斯.泰勒(Dennis Taylor)在它的文章中写到,在使用几年后的普通物镜的火石玻璃透镜上“失泽”现象是十分明显的。我们很高兴的是,能够使这种火石玻璃的拥有者放心,通常用怀疑眼光看待的这层使玻璃“失泽”的薄膜,却正是观测者的“挚友”,因为它增加了物镜的透射率。11整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言 事实上,泰勒发展了一种用化学侵蚀产生“失泽”而制作化学减反膜的方法。目前制备光学应用的薄膜的主要方法是真空蒸发法和溅射法,后者在十九世纪中叶就
9、发现了,而前者可追朔到二十世纪初。但在1930年以前,它们不能作为实用的镀膜方法,因为没有获得高真空的真正适用的抽气机,直到1930年出现了油扩散泵机械泵抽气系统以后,制造实用的真空镀膜机才成为可能。光学薄膜的发展历史光学薄膜的发展历史12整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言 三十年代中期德国的鲍尔和美国的斯特朗先后用真空蒸发方法制备了单层减反射膜,这种简单的减反射膜至今在一般的光学装置上还被大量地应用。折射率为152的玻璃敷有折射率为138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
10、:T=(0.92)7=55.7%这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25的透射能量光学薄膜的发展历史光学薄膜的发展历史13整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言 薄膜可分成两大部分,第一部分是光学薄膜,第二部分是光学波导及其相应器件,前者的特点是光横穿过薄膜而进行传播;后者的特征是光沿着平行薄膜界面的方向在膜内传播,对于光学薄膜,在一块基片上淀积五、六十层膜并非罕见,涂镀工艺是比较成熟的;而对光学波导,则膜层层数一般不多,通常仅用一层膜,其镀制工艺仍处在发展初期。本课程讲的是第一种情况。光学薄膜的发展历史光学薄膜的发展历史14整理ppt薄薄 膜膜 光光 学学前言前言前言前言光学薄膜的应用光学薄
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