光學(xué)薄膜技術(shù)復(fù)習(xí)提綱講解

1、光學(xué)薄膜技術(shù)復(fù)習(xí)提綱一、典型膜系 減反射膜（增透膜）1、減反射膜的主要功能是什么？是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學(xué)表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統(tǒng)的雜散光。2、單層減反射膜的最低反射率公式并計(jì)算3、掌握常見的多層膜系表達(dá)，例如GHLA代表什么？G2HLA？4、什么是規(guī)整膜系？非規(guī)整膜系？把全部由04整數(shù)倍厚度組成的膜系稱為規(guī)整膜系，反之為非規(guī)整膜系。5、單層減反射膜只能對某個波長和它附近的較窄波段內(nèi)的光波起增透作用。為了在較寬的光譜范圍達(dá)到更有效的增透效果，常采用雙層、三層甚至更多層數(shù)的減反射膜。6、V形膜、W形膜的膜系結(jié)構(gòu)以及它們的特征曲線。P1617VGHLAWG

2、2HLA高反射膜1、鍍制金屬反射膜常用的材料有鋁（Al）、銀（Ag）、金（Au）、鉻等。2、金屬反射膜四點(diǎn)特性。P29高反射波段非常寬闊，可以覆蓋幾乎全部光譜范圍，當(dāng)然，就每一種具體的金屬而言，它都有自己最佳的反射波段。各種金屬膜層與基底的附著能力有較大差距。如Al、Cr、Ni（鎳）與玻璃附著牢固；而Au、Ag與玻璃附著能力很差。金屬膜層的化學(xué)穩(wěn)定性較差，易被環(huán)境氣體腐蝕。膜層軟，易劃傷。 分光膜1、什么是分光膜？中性分束鏡能夠在一定波段內(nèi)把一束光按比例分成光譜成分相同的兩束光， 也即它在一定的波長區(qū)域內(nèi)，如可見區(qū)內(nèi)，對各波長具有相同的透射率和反射率之比值透反比。因而反射光和透射光不帶有顏色，

3、呈色中性。2、歸納金屬、介質(zhì)分束鏡的優(yōu)缺點(diǎn)：金屬分束鏡p32優(yōu)點(diǎn)：中性好，光譜范圍寬，偏振效應(yīng)小，制作簡單缺點(diǎn)：吸收大，分光效率低。使用注意事項(xiàng)：光的入射方向介質(zhì)分束鏡p30優(yōu)點(diǎn)：吸收小，幾乎可以忽略，分光效率高。缺點(diǎn)：光譜范圍窄，偏振分離明顯，色散明顯。5、偏振中性分束棱鏡是利用斜入射時光的偏振，實(shí)現(xiàn)50/50中性分光。、截止濾光片1、什么是截止濾光片？什么是長波通、短波通濾光片？p33截止濾光片是指要求某一波長范圍的光束高效透射，而偏離這一波長的光束驟然變化為高反射的干涉截止濾光片。抑制短波區(qū)、透射長波區(qū)的截止濾光片稱為長波通濾光片。抑制長波區(qū)、透射短波區(qū)的截止濾光片稱為短波通濾光片。2、

4、截止光濾片的應(yīng)用：彩色分光膜。P51圖2.4.13分光原理；解決棱鏡式分光元件偏振效應(yīng)的方法是合理設(shè)計(jì)分光棱鏡的形式，盡可能減小光束在膜面上的入射角。、帶通濾光片 1、什么是帶通濾光片？P58 在一定的波段內(nèi)，只有中間一小段是高透射率的通帶，而在通帶的兩側(cè)是高反射率的截止帶。 2、什么是通帶半寬度和相對半寬度？p59透過率為峰值透過率一半的波長寬度，稱為通帶半寬度2。2/0表示相對半寬度。3、金屬介質(zhì)FP干涉濾光片；全介質(zhì)FP干涉濾光片p59金屬介質(zhì)FP干涉濾光片：FP干涉濾光片的兩個金屬反射層夾一個介質(zhì)層；全介質(zhì)FP干涉濾光片：FP干涉濾光片的反射膜是全介質(zhì)膜。二、薄膜制造技術(shù) 1、熱蒸發(fā)真

5、空鍍膜設(shè)備主要由三大部分組成：三個系統(tǒng) p109111真空系統(tǒng)、熱蒸發(fā)系統(tǒng)、膜層厚度控制系統(tǒng)。2、熱蒸發(fā)法的基本原理。P111把被蒸發(fā)材料加熱到蒸發(fā)溫度，使之蒸發(fā)淀積到放置在工件架上的零件表面，形成所需要的膜層。3、真空度的計(jì)量；單位；用什么儀器進(jìn)行真空度的測量？P112真空度的計(jì)量采用與壓強(qiáng)相同的方法和單位。單位：Pa真空度是用真空計(jì)進(jìn)行測量的。4、PVD所需真空度基本確定原則。P112氣體分子的平均自由程大于蒸發(fā)源到被鍍件之間的距離。5、旋片式機(jī)械泵工作原理。P113采用旋片式的轉(zhuǎn)子和定子組成，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，不斷地進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣的循環(huán)過程，使連到機(jī)械泵的真空室獲得真空。6、油擴(kuò)散泵

6、的工作原理。P7、羅茨泵的結(jié)構(gòu)、工作原理。P1168、低溫冷凝泵的工作原理。P116請歸納下表：旋片式機(jī)械泵采用旋片式的轉(zhuǎn)子和定子組成，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，不斷地進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣的循環(huán)過程，使連到機(jī)械泵的真空室獲得真空。油擴(kuò)散泵加熱真空油使之蒸發(fā)，油蒸汽沿泵芯導(dǎo)向管道向上噴射，遇到傘形噴嘴改變運(yùn)動方向，向斜下方噴出，油蒸汽俘獲由進(jìn)氣口擴(kuò)散進(jìn)入泵腔的氣體分子，一同運(yùn)動到泵壁，沿泵壁向下流動，達(dá)到油槽時，氣體分子遇熱蒸發(fā)，被與排氣口連接的機(jī)械泵抽走。羅茨泵羅茨泵在泵腔內(nèi)，有二個“8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽

7、氣體從進(jìn)氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 低溫冷凝泵低溫冷凝泵是一種利用低溫冷凝和低溫吸附原理抽氣的真空泵。是無油高真空環(huán)境獲得的設(shè)備。9、PVD使用的高真空系統(tǒng)（圖3.3.7）工作原理。P11711、什么是電阻加熱法？p120把薄片狀或線狀的高熔點(diǎn)金屬（經(jīng)常使用的是鎢、鉬、鈦）做成舟箔或絲狀的蒸發(fā)源，裝上蒸鍍材料，或用坩堝裝上蒸鍍材料，讓電流通過蒸發(fā)源加熱蒸鍍材料使其蒸發(fā)，這就是電阻加熱法。電阻加熱法不能蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料。12、什么是電子束加熱法？e型電子槍？p121e型電子槍：電子槍燈絲經(jīng)高溫加熱后，產(chǎn)生

8、熱電子發(fā)射，這些熱發(fā)射電子經(jīng)陰極（燈絲）和陽極之間的高壓電場加速，并聚焦成束，在線圈磁場的作用下，電子束產(chǎn)生270角的偏轉(zhuǎn)（電子束軌跡成e型）到達(dá)坩堝蒸發(fā)源材料的表面，使電子束所帶有的巨大的動能轉(zhuǎn)化為熱能，對材料進(jìn)行迅速加熱，造成局部高溫而汽化蒸發(fā)。電子束加熱法可蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料。13、什么是濺射？p12314、什么是輝光放電濺射？p12315、什么是磁控濺射？p12616、什么是離子束濺射？p12817、什么是離子鍍？p130 膜料加熱蒸發(fā)，將基片作為陰極，蒸發(fā)源作陽極，充入惰性氣體（如氬）以產(chǎn)生輝光放電。從蒸發(fā)源蒸發(fā)的分子或原子發(fā)生電離，在強(qiáng)電場加速下轟擊并沉積在零件表面。 18、熱蒸發(fā)鍍膜

9、與離子鍍的繞射特性比較。P131 19、什么是離子輔助鍍？p134在熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中增設(shè)離子發(fā)生器離子源，產(chǎn)生離子束，在熱蒸發(fā)進(jìn)行的同時，用離子束轟擊正在生長的膜層，形成致密均勻結(jié)構(gòu)，使膜層的穩(wěn)定性提高，達(dá)到改善膜層光學(xué)和機(jī)械性能的目的。請歸納下表：（鍍膜方法不歸納，復(fù)習(xí)到這兒又是很亂）電阻加熱法把薄片狀或線狀的高熔點(diǎn)金屬做成舟箔或絲狀的蒸發(fā)源，裝上蒸鍍材料，或用坩堝裝上蒸鍍材料，讓電流通過蒸發(fā)源加熱蒸鍍材料使其蒸發(fā)。電子束加熱法將電子束集中轟擊薄膜材料的一部分，造成局部高溫而汽化蒸發(fā)。濺射用高速正離子轟擊膜料（靶）表面，通過動量傳遞，使其分子或原子獲得足夠的動能而從靶表面逸出（濺射），在被鍍

10、零件表面凝聚成膜。輝光放電濺射輝光放電是在真空度約為10 10 Pa的真空中，在兩個電極之間加上高電壓時產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。利用電極間的輝光放電進(jìn)行濺射。磁控濺射利用磁場與電子交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運(yùn)行，從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材。 離子束濺射用離子源發(fā)射的高能離子束直接轟擊靶材，使靶材濺射、沉積到零件表面成膜。離子鍍蒸發(fā)物質(zhì)的分子被電子碰撞電離后以離子沉積在固體表面，稱為離子鍍。離子輔助鍍在熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中增設(shè)離子發(fā)生器離子源，產(chǎn)生離子束，在熱蒸發(fā)進(jìn)行的同時，用離子束轟擊正在生長的膜層，形成致密均勻結(jié)構(gòu)，使膜層的穩(wěn)定性提高，達(dá)

11、到改善膜層光學(xué)和機(jī)械性能的目的。三、光學(xué)薄膜制造工藝 1、真空鍍制光學(xué)薄膜的基本工藝過程。P1402、真空度對薄膜性能的影響。P140若真空度低，致使膜料蒸氣分子與剩余氣體分子碰撞幾率增加，蒸氣分子動能大大減小，使得蒸氣分子達(dá)不到基片，或無力沖破基片上的氣體吸附層，或是勉強(qiáng)能沖破氣體吸附層但與基片的吸附能卻很小，從而導(dǎo)致光學(xué)薄膜器件沉積的膜層疏松，機(jī)械強(qiáng)度差，聚積密度低，化學(xué)成分不純，使得膜層折射率、硬度變差。3、沉積速率的影響。P140如果沉積速率低，膜層結(jié)構(gòu)疏松；沉積速率提高，會形成顆粒細(xì)而致密的膜層，光散射減小，牢固度增加。提高沉積速率的方法主要有兩種：提高蒸發(fā)源溫度；增大蒸發(fā)源面積。4

12、、離子轟擊的影響。P141鍍前轟擊：使基片表面因離子濺射剝離而再清潔和電活化，提高膜層在基片表面的凝集系數(shù)和附著力。鍍后轟擊：提高膜層聚集密度，增進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使氧化物膜層的折射率增加，機(jī)械強(qiáng)度和抗激光損傷閾值提高。5、蒸氣入射角的影響。P141蒸氣入射角指蒸氣分子入射方向與基片沉積表面法線的夾角。為了獲得高質(zhì)量薄膜，須控制膜料蒸氣分子的入射角，一般應(yīng)限制在30之內(nèi)。6、基片清潔的影響。P141殘留在基片表面的污物和清潔劑將導(dǎo)致：(1)膜層對基片的附著力差；(2)散射吸收增大抗激光能力差；(3)透光性能變差。6、什么是目視法膜厚控制？如何根據(jù)反射光的顏色近似判斷薄膜的光學(xué)厚度？互補(bǔ)判斷。p148

13、利用人眼對薄膜厚度變化時引起光束透過強(qiáng)度的變化，或薄膜的干涉色的變化，來判斷膜層的厚度。根據(jù)薄膜干涉色的變化來控制膜厚是因?yàn)楫?dāng)單層薄膜的光學(xué)厚度為/4，薄膜的折射率為基底折射率的平方根時，則對波長為的光而言，產(chǎn)生零反射。而對其他波長的光仍有不同程度的反射。這樣，如果入射光是白光，因反射光缺少某些顏色的光而帶有顏色，顏色的變化決定于光學(xué)厚度的變化。對于一定的顏色，必定相應(yīng)地對應(yīng)一定的厚度，于是就可以根據(jù)反射光的顏色近似判斷薄膜的光學(xué)厚度。7、什么是極值法？對垂直入射的光，當(dāng)介質(zhì)薄膜的光學(xué)厚度nd=4時，薄膜的反射和透過就會出現(xiàn)一個極值。根據(jù)薄膜的這種特性，能夠比較精確地控制薄膜的厚度。當(dāng)記錄器上

14、出現(xiàn)一個極值時，我們就知道，現(xiàn)在薄膜的光學(xué)厚度是控制波長的/4。8、什么是石英晶振法？p152當(dāng)晶片上鍍了某種膜層，使晶片的厚度增大，則晶片的固有頻率會相應(yīng)的變化。石英晶體膜厚監(jiān)控儀是通過測量頻率或與頻率有關(guān)的參量的變化而監(jiān)控淀積薄膜的厚度。9、什么是寬光譜膜厚監(jiān)控？p154寬光譜膜厚監(jiān)控是采用寬光譜快速掃描光度計(jì)與計(jì)算機(jī)聯(lián)合監(jiān)控膜厚。利用實(shí)測的光譜曲線與理論光譜曲線進(jìn)行比較，以評價函數(shù)表示比較結(jié)果并將其返回給控制系統(tǒng)，從而及時修正所鍍曲線的誤差。10、可以獲得均勻膜層厚度的蒸發(fā)源與零件位置：p158 1)點(diǎn)狀蒸發(fā)源置于被鍍件所在球面的球心； 2)面狀蒸發(fā)源位于被鍍件所在的同一球面上。11、改

15、善膜層厚度均勻性的措施：p1581)采用行星夾具2)增設(shè)膜層厚度調(diào)節(jié)板四、常用光學(xué)薄膜材料 1、常見的金屬薄膜有哪些？p182鋁、銀、金和鉻。2、鋁膜、銀膜、金膜的特性p182鋁是金屬膜中唯一從紫外(0.2m)到紅外(30m)均具有較高反射率的材料。鋁膜對玻璃襯底的附著力較好，機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性相對較好，可以滿足在多種場合下用做外反射膜。銀膜的優(yōu)點(diǎn)在可見與紅外波段均具有最高的反射率，用做分光薄膜有良好的中性和很小的偏振差異。缺點(diǎn)是紫外區(qū)域反射率低，與玻璃的附著較差，機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性不佳，易于氧化或者硫化。常用做膠合零件和內(nèi)反射零件，用做外反薄膜需要選擇合適的保護(hù)層。金膜只有在波長大于800nm的紅外區(qū)域才表現(xiàn)出高反射特性，薄膜自身擁有良好