第二篇-第六章 高反射鏡

1、薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)第六章第六章 高反射鏡高反射鏡曹建章曹建章薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 在可見光波長范圍內(nèi)，透光材料的折射率在可見光波長范圍內(nèi)，透光材料的折射率最大不超過最大不超過2.5，假如光從空氣垂直入射到介，假如光從空氣垂直入射到介質(zhì)分界面上，最大反射率質(zhì)分界面上，最大反射率 。在紅外光。在紅外光波段，透光材料的折射率小于波段，透光材料的折射率小于6.0，垂直入射，垂直入射單界面最大反射率單界面最大反射率 。在實際應(yīng)用中如。在實際應(yīng)用中如果要求更高反射率，辦法是在介質(zhì)表面鍍膜，果要求更高反射率，辦法是在介質(zhì)表面鍍膜，只要膜層折射率大于基底介質(zhì)折

2、射率，鍍膜后只要膜層折射率大于基底介質(zhì)折射率，鍍膜后的反射率大于未鍍膜的反射率，起到增反射的的反射率大于未鍍膜的反射率，起到增反射的效果效果.如果采用光學(xué)厚度均為如果采用光學(xué)厚度均為 的高、低折射的高、低折射率交替排列構(gòu)成的周期多層膜系，反射率可接率交替排列構(gòu)成的周期多層膜系，反射率可接近近100%。另一方面，金屬表面可以產(chǎn)生高反。另一方面，金屬表面可以產(chǎn)生高反薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)射，因為金屬材料的折射率是復(fù)數(shù)，實部折射，因為金屬材料的折射率是復(fù)數(shù)，實部折射率很小，而虛部消光系數(shù)可很大，故反射射率很小，而虛部消光系數(shù)可很大，故反射率率R也很大。介質(zhì)膜與金屬膜相比較，缺點

3、是也很大。介質(zhì)膜與金屬膜相比較，缺點是帶寬窄，而金屬膜存在吸收，不可能獲得極帶寬窄，而金屬膜存在吸收，不可能獲得極高的反射率。高的反射率。6.1 6.1 反射鏡組合的反射率反射鏡組合的反射率 眾所周知，玻璃鏡面和金屬鏡面具有很眾所周知，玻璃鏡面和金屬鏡面具有很高的反射率，所以把產(chǎn)生高反射膜系也稱之高的反射率，所以把產(chǎn)生高反射膜系也稱之為反射鏡。從光譜角度講，也可以稱之為濾為反射鏡。從光譜角度講，也可以稱之為濾光片。光片。 在一個光學(xué)系統(tǒng)的光路中，如果反射光在一個光學(xué)系統(tǒng)的光路中，如果反射光薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)是來自是來自 個不同的反射鏡面時，則反射鏡的個不同的反射鏡面時

4、，則反射鏡的合成反射率合成反射率式中式中 表示第表示第 個鏡面的反射率。個鏡面的反射率。式（式（6-1）與串聯(lián)放置濾光片的合成透射率式）與串聯(lián)放置濾光片的合成透射率式（5-8）相類同。需要注意的是，式（）相類同。需要注意的是，式（6-1）主）主要用于金屬反射鏡、高反射膜的情況，假定要用于金屬反射鏡、高反射膜的情況，假定每個反射鏡的反射率很高，透射率都很小，每個反射鏡的反射率很高，透射率都很小，合成總反射率才有效。圖合成總反射率才有效。圖6-1給出了一些可能給出了一些可能的反射鏡面組合圖，光束方向的改變可用于的反射鏡面組合圖，光束方向的改變可用于（6-1）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)

5、基礎(chǔ)不同的場合。圖不同的場合。圖6-1（a）和圖）和圖6-1（b）所示的）所示的組合不改變?nèi)肷涔獾姆较颍珗D（組合不改變?nèi)肷涔獾姆较?，但圖（a）使光束）使光束產(chǎn)生平移。在每一種情況下，反射鏡的數(shù)目取產(chǎn)生平移。在每一種情況下，反射鏡的數(shù)目取決于反射鏡面的寬度和光束入射的角度。決于反射鏡面的寬度和光束入射的角度。 顯然，與串聯(lián)方式放置的透射濾光片相顯然，與串聯(lián)方式放置的透射濾光片相薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)比較，并聯(lián)放置的反射鏡需要占更多的空間，比較，并聯(lián)放置的反射鏡需要占更多的空間，使用也更復(fù)雜。但是，在應(yīng)用中如果這些缺使用也更復(fù)雜。但是，在應(yīng)用中如果這些缺點可以接受的話，光經(jīng)

6、過多個反射鏡會提供點可以接受的話，光經(jīng)過多個反射鏡會提供很大的方便，這主要源于反射鏡結(jié)構(gòu)的特點。很大的方便，這主要源于反射鏡結(jié)構(gòu)的特點。6.26.2周期多層膜系的反射率周期多層膜系的反射率6.2.1 周期多層膜系的特征矩陣周期多層膜系的特征矩陣 如圖如圖6-2所示為一周期多層膜系，膜系由所示為一周期多層膜系，膜系由兩種均勻介質(zhì)膜層周期性排列構(gòu)成，其周期兩種均勻介質(zhì)膜層周期性排列構(gòu)成，其周期性條件可表為性條件可表為式中式中 為一個周期兩膜層的總厚度，兩均勻介為一個周期兩膜層的總厚度，兩均勻介（6-2）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)介質(zhì)膜層折射率分別介質(zhì)膜層折射率分別為為 和和 。假

7、設(shè)單周。假設(shè)單周期膜層特征矩陣為期膜層特征矩陣為與式（與式（3-35）類同，）類同，（6-3） 個周期構(gòu)成的膜系特征矩陣為個周期構(gòu)成的膜系特征矩陣為如果特征矩陣如果特征矩陣 的行列式取單位值，比如式的行列式取單位值，比如式（6-4）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)（3-35），那么，根據(jù)矩陣?yán)碚?，有），那么，根?jù)矩陣?yán)碚?，有式中式?為第二類切比雪夫多項式，表達(dá)式為為第二類切比雪夫多項式，表達(dá)式為當(dāng)當(dāng) 時，多項式為時，多項式為（6-5）（6-6）（6-7）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)（6-8）其遞推公式為其遞推公式為 如果令如果令則式（則式（6-7）改寫成）改寫成

8、當(dāng)當(dāng) 時，式（時，式（6-10）中的）中的 取虛數(shù)，取虛數(shù)，令令（6-9）（6-10）（6-11）（6-12）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)對任意實數(shù)對任意實數(shù) ，有，有式（式（6-5）就是周期多層膜系的特征矩陣）就是周期多層膜系的特征矩陣。6.2.2 6.2.2 周期多層膜系的反射率和透射率周期多層膜系的反射率和透射率 假設(shè)周期多層膜系在一個周期內(nèi)兩膜層的假設(shè)周期多層膜系在一個周期內(nèi)兩膜層的折射率分別為折射率分別為 和和 ，兩膜層幾何厚度分別為，兩膜層幾何厚度分別為 和和 ，周期總厚度，周期總厚度 。根據(jù)式（。根據(jù)式（3-61），得到一個周期的特征矩陣為），得到一個周期的特征矩

9、陣為(6-13)(6-14)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)式中式中矩陣相乘，有矩陣相乘，有將式（將式（6-17）中的矩陣元素代入矩陣（）中的矩陣元素代入矩陣（6-5），），(6-15)(6-16)(6-17)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)可得到周期多層膜系特征矩陣的元素為可得到周期多層膜系特征矩陣的元素為而而(6-18)(6-19)(6-20)(6-21)(6-22)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)入射介質(zhì)折射率為設(shè)入射介質(zhì)折射率為 ，基底介質(zhì)折射，基底介質(zhì)折射率為率為 ，根據(jù)式（，根據(jù)式（3-61），可寫出膜系特征），可寫出膜系特征向向由式（由式（

10、3-66）和式（）和式（3-67）可寫出反射率和透）可寫出反射率和透射率為射率為(6-23)(6-24)(6-25)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.3 6.3 類型的周期多層膜類型的周期多層膜 在第三章在第三章3.3.2節(jié)曾簡單討論過膜系節(jié)曾簡單討論過膜系 特特性，本節(jié)根據(jù)周期多層膜系特征矩陣再次對性，本節(jié)根據(jù)周期多層膜系特征矩陣再次對該膜系作進(jìn)一步討論。該膜系作進(jìn)一步討論。 設(shè)周期多層膜系單個周期內(nèi)兩膜層折射設(shè)周期多層膜系單個周期內(nèi)兩膜層折射率分別為率分別為 和和 ，高折射率膜層在頂端，對，高折射率膜層在頂端，對應(yīng)于圖應(yīng)于圖6-2中中 ， 。兩膜層光學(xué)厚度。兩膜層光學(xué)厚度均取

11、四分之一波長，即均取四分之一波長，即在垂直入射的情況下，有在垂直入射的情況下，有(6-26)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)(6-27)(6-28)代入式（代入式（6-17）式（）式（6-22），有），有膜系特征矩陣的元素為膜系特征矩陣的元素為(6-29)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)而而（6-30）（6-31）（6-32）（6-33）（6-34）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)由式（由式（6-30）至式（）至式（6-33）可知，）可知，膜系特征矩膜系特征矩陣的元素陣的元素 、 、 和和 與切比雪夫多項與切比雪夫多項式的取值緊密相關(guān)，而切比雪夫多項式的取式

12、的取值緊密相關(guān)，而切比雪夫多項式的取值由值由a決定，所以決定，所以a的變化特點也反映出膜系的變化特點也反映出膜系反射率的變化特點。反射率的變化特點。圖圖6-3給出了式（給出了式（6-34）a與相對波數(shù)與相對波數(shù)g的關(guān)系曲線，由圖可以看出，的關(guān)系曲線，由圖可以看出， 的的取值具有如下特點：取值具有如下特點： （1）a是是g的周期函數(shù)，的周期函數(shù)， 的取值在極大值的取值在極大值和極小值之間，極大值和極小值為和極小值之間，極大值和極小值為（6-35）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)并且不管并且不管 和和 取何取何值，極小值都小于零。值，極小值都小于零。由此可以推斷，膜系反由此可以推斷，膜

13、系反射率也具有周期性。射率也具有周期性。（2）在一個周期內(nèi)，）在一個周期內(nèi)，g在在 區(qū)間取值，區(qū)間取值， 的的取值具有對稱性，中心取值具有對稱性，中心點點 ，由此可知，由此可知，膜系反射率曲線也具有膜系反射率曲線也具有對稱性。對稱性。（3）對應(yīng)于同一）對應(yīng)于同一a值的兩個值的兩個g值之間的寬度值之間的寬度2薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)與與膜系周期數(shù)膜系周期數(shù)m無關(guān)。無關(guān)。（4）切比雪夫多項式）切比雪夫多項式 在區(qū)間在區(qū)間 具有具有m個零點，個零點，m+1個極值點，因此，反射率個極值點，因此，反射率曲線在相對波數(shù)取值曲線在相對波數(shù)取值 之間也具有振蕩特之間也具有振蕩特性。性。 在

14、膜層沒有吸收的情況下，由式（在膜層沒有吸收的情況下，由式（6-30）至式（至式（6-33）可知，）可知， 和和 是實數(shù)，而是實數(shù)，而 和和 是虛數(shù)，由此可將式（是虛數(shù)，由此可將式（6-24）和式（）和式（6-25）寫成寫成（6-36）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)（6-37）根據(jù)式（根據(jù)式（6-36），計算得到膜系），計算得到膜系 的的反射率曲線和相位曲線如圖反射率曲線和相位曲線如圖6-4所示。圖所示。圖6-4（a）中兩條粗實線是包絡(luò)線，對于）中兩條粗實線是包絡(luò)線，對于 ,包包絡(luò)線的中間區(qū)域絡(luò)線的中間區(qū)域 。包絡(luò)線包含高反射區(qū)。包絡(luò)線包含高反射區(qū)域，在此區(qū)域的反射率隨膜層周期數(shù)域

15、，在此區(qū)域的反射率隨膜層周期數(shù)m的增加的增加而單調(diào)增加，當(dāng)周期數(shù)而單調(diào)增加，當(dāng)周期數(shù)m趨向于無窮時，反射趨向于無窮時，反射率趨向于率趨向于1.0。在高反射區(qū)域的外邊，存在許。在高反射區(qū)域的外邊，存在許多次極大和極小，次極大和次極小的數(shù)目取多次極大和極小，次極大和次極小的數(shù)目取決于比值決于比值 并隨并隨m的增大而增加。高的增大而增加。高薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)反射帶的寬度是有限的，隨著層數(shù)的增加高反射帶的寬度是有限的，隨著層數(shù)的增加高反射帶的寬度并不改變。反射帶的寬度并不改變。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 圖圖6-4（b）中的相位變化與反射率的變）中的相位變化

16、與反射率的變化一樣，在高反射率區(qū)域之外，相位隨相對化一樣，在高反射率區(qū)域之外，相位隨相對波數(shù)的變化很快。在高反射區(qū)域內(nèi)，相位隨波數(shù)的變化很快。在高反射區(qū)域內(nèi)，相位隨相對波數(shù)的變化幾乎是線性的，在相對波數(shù)的變化幾乎是線性的，在 處，處，相位為相位為 。在高反射區(qū)域相位變化的斜率。在高反射區(qū)域相位變化的斜率隨著隨著m的增加而增加，當(dāng)?shù)脑黾佣黾?，?dāng)m趨向于無窮時，斜趨向于無窮時，斜率趨于定值，相位趨于線性變化。率趨于定值，相位趨于線性變化。 由圖由圖6-3可確定高反射帶的半寬度。令式可確定高反射帶的半寬度。令式（6-34）中的）中的 ，根據(jù)對稱性，有，根據(jù)對稱性，有代入式（代入式（6-34），有）

17、，有(6-38)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)(6-39)求解可得求解可得利用關(guān)系利用關(guān)系代入式（代入式（6-40），得到），得到(6-40)(6-41)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)由此得到高反射區(qū)的半寬度為由此得到高反射區(qū)的半寬度為式（式（6-42）表明，周期多層膜系的半寬度僅與）表明，周期多層膜系的半寬度僅與兩膜層折射率有關(guān)，而與膜層周期數(shù)無關(guān)。由兩膜層折射率有關(guān)，而與膜層周期數(shù)無關(guān)。由于實際可供選擇的材料折射率有限，所以兩種于實際可供選擇的材料折射率有限，所以兩種介質(zhì)周期多層膜要實現(xiàn)寬帶高反射是不可能的。介質(zhì)周期多層膜要實現(xiàn)寬帶高反射是不可能的。 另外，由于

18、次極大和次極小與兩種介質(zhì)的另外，由于次極大和次極小與兩種介質(zhì)的光學(xué)厚度比有關(guān)，通過選擇合適的比率就可以光學(xué)厚度比有關(guān)，通過選擇合適的比率就可以調(diào)整或壓縮同時存在的若干個光譜區(qū)域高反射調(diào)整或壓縮同時存在的若干個光譜區(qū)域高反射帶和次極大值。圖帶和次極大值。圖6-5給出了光學(xué)厚度比為給出了光學(xué)厚度比為1:1(6-42)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)和和2:1的兩個典型曲線。明顯可以看出，圖的兩個典型曲線。明顯可以看出，圖6-5（a）中）中 處的高反射區(qū)通過光學(xué)厚度比的改變處的高反射區(qū)通過光學(xué)厚度比的改變調(diào)整到圖調(diào)整到圖6-5（b）中）中 處，并且在圖處，并且在圖6-5（b）中）中 和和

19、 之間的振蕩區(qū)寬度之間的振蕩區(qū)寬度 得得以壓縮，次極大值也得以壓縮。這種特性在實以壓縮，次極大值也得以壓縮。這種特性在實際應(yīng)用中很有用，比如寬帶高反射鏡、截止濾際應(yīng)用中很有用，比如寬帶高反射鏡、截止濾光片、熱反射鏡、冷反射鏡和激光反射鏡的設(shè)光片、熱反射鏡、冷反射鏡和激光反射鏡的設(shè)計。計。6.4 6.4 類型的對稱周期多層膜類型的對稱周期多層膜* * 膜系膜系 的結(jié)構(gòu)不同于的結(jié)構(gòu)不同于6.3節(jié)討論的節(jié)討論的 膜系，它是把膜系，它是把L等分為兩層等分為兩層薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)鍍于鍍于H層的兩側(cè)，厚度為層的兩側(cè)，厚度為H層的一半。層

20、的一半。 周期多層膜系周期多層膜系 在單一周在單一周期內(nèi)可看作是三層膜構(gòu)成，在垂直入射情況下，期內(nèi)可看作是三層膜構(gòu)成，在垂直入射情況下，有有（6-43）（6-44）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)根據(jù)式（根據(jù)式（3-61），得到一個周期的特征矩陣為），得到一個周期的特征矩陣為(6-45)矩陣相乘，有矩陣相乘，有由此得到膜系特征矩陣的元素為由此得到膜系特征矩陣的元素為(6-46)(6-47)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)而而(6-48)(6-49)(6-50)(6-51)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 由式（由式（6-51）可知，膜系）可知，膜系 與膜系與

21、膜系 的高反射率區(qū)域位置和寬度是的高反射率區(qū)域位置和寬度是相同的。但是，對于膜系相同的。但是，對于膜系 ，如，如果鍍膜材料的折射率果鍍膜材料的折射率 和和 滿足關(guān)系滿足關(guān)系或或就可減小高反射區(qū)域一邊次極大的高度，使高就可減小高反射區(qū)域一邊次極大的高度，使高反射區(qū)域外次極大區(qū)域長波長一邊或短波長一反射區(qū)域外次極大區(qū)域長波長一邊或短波長一邊的透射得到最大的改善。圖邊的透射得到最大的改善。圖6-6給出了膜系給出了膜系 的計算實例，這種周期多層的計算實例，這種周期多層（6-52）（6-53）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)膜系在設(shè)計截止濾光片時很有用。膜系在設(shè)計截止濾光片時很有用。薄膜光學(xué)

22、與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.5 6.5 周期多層膜構(gòu)成的寬帶高反射膜周期多層膜構(gòu)成的寬帶高反射膜 由式（由式（6-42）可知，四分之一波長周期多）可知，四分之一波長周期多層膜系的反射率帶寬取決于構(gòu)成膜系材料的層膜系的反射率帶寬取決于構(gòu)成膜系材料的高、低折射率的比值高、低折射率的比值 ，比值越大，帶寬，比值越大，帶寬就越寬。但實際可供選擇的材料折射率有限，就越寬。但實際可供選擇的材料折射率有限，可見光區(qū)適用的材料中最大折射率小于可見光區(qū)適用的材料中最大折射率小于2.6，最小折射率不小于最小折射率不小于1.3。在紅外區(qū)域，適用的。在紅外區(qū)域，適用的材料中最大折射率也不超過材料中最大折射

23、率也不超過6.0。因此，折射。因此，折射率比值率比值 不可能很大，而高反射帶寬受到不可能很大，而高反射帶寬受到限制。實際應(yīng)用中，往往需要展寬高反射區(qū)限制。實際應(yīng)用中，往往需要展寬高反射區(qū)域的帶寬，最常用的展寬方法有以下幾種：域的帶寬，最常用的展寬方法有以下幾種：薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)1. 兩個不同中心波長的對稱周期膜系兩個不同中心波長的對稱周期膜系 或或（6-54）疊加放置在一起，構(gòu)成有兩個中心波長的單一疊加放置在一起，構(gòu)成有兩個中心波長的單一復(fù)合膜系。圖復(fù)合膜系。圖6-7（a）所示為基底介質(zhì)氟化鋇）所示為基底介質(zhì)氟化鋇（ ）鍍高折射率介質(zhì)）鍍高折射率介質(zhì) 和低折射率介質(zhì)

24、和低折射率介質(zhì) 周期多層膜系周期多層膜系 的反射率實的反射率實測曲線，入射介質(zhì)為空氣測曲線，入射介質(zhì)為空氣 ，兩個中心波，兩個中心波長分別為長分別為 和和 。兩個膜系。兩個膜系疊加放置在一起的反射率實測曲線如圖疊加放置在一起的反射率實測曲線如圖6-7（b）所示。所示。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)2. 兩個不同中心波長的周期多層膜系兩個不同中心波長的周期多層膜系和和（6-55）疊放在一起構(gòu)成兩個中心波長的單一復(fù)合膜系疊放在一起構(gòu)成兩個中心波長的單一復(fù)合膜系薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)(6-56)由于兩個膜系疊加后出現(xiàn)由于兩個膜系疊加后出現(xiàn) 的無效層，滿足的無效層，

25、滿足透射條件，在兩個反射帶銜接處必然出現(xiàn)透射透射條件，在兩個反射帶銜接處必然出現(xiàn)透射峰。為了改善高反射帶的均勻性，在兩個高折峰。為了改善高反射帶的均勻性，在兩個高折射率射率 波長膜層波長膜層H之間加入一層低折射率之間加入一層低折射率 膜層膜層,且使且使L膜層的光學(xué)厚度取波長膜層的光學(xué)厚度取波長 。圖圖6-8是復(fù)合膜系是復(fù)合膜系的反射率曲線的反射率曲線,其中高折射率介質(zhì)為其中高折射率介質(zhì)為 ,(6-57)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)低折射率介質(zhì)為低折射率介質(zhì)為 ， ，基底介質(zhì)為玻，基底介質(zhì)為玻璃，璃， ，入射介質(zhì)為空氣，入射介質(zhì)為空氣 。兩個膜。兩個膜系的中心波長分別為系的中心波

26、長分別為 和和 ，匹配層的光學(xué)厚度取波長匹配層的光學(xué)厚度取波長 。01.0n 薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 3. 在基底上交替沉積厚度漸增或漸減的高、在基底上交替沉積厚度漸增或漸減的高、低折射率膜，膜層厚度可以按算術(shù)級數(shù)遞增或低折射率膜，膜層厚度可以按算術(shù)級數(shù)遞增或遞減，也可以按幾何級數(shù)遞增或遞減。圖遞減，也可以按幾何級數(shù)遞增或遞減。圖6-9就是按幾何級數(shù)遞增、公比取就是按幾何級數(shù)遞增、公比取0.97計算得到的計算得到的寬帶高反射膜反射率和相位變化曲線，入射介寬帶高反射膜反射率和相位變化曲線，入射介質(zhì)為空氣質(zhì)為空氣 ,基底介質(zhì)為玻璃基底介質(zhì)為玻璃 ，高、，高、低折射率為低折射率

27、為 ， 。 4. 四分之一波長周期多層膜系，層間厚度四分之一波長周期多層膜系，層間厚度為四分之一波長。如果層間厚度選擇四分之一為四分之一波長。如果層間厚度選擇四分之一波長的不同倍數(shù)，也可擴展反射率區(qū)域的寬度。波長的不同倍數(shù)，也可擴展反射率區(qū)域的寬度?；蛘哂脙煞N高、低折射率介質(zhì)在基底上交替沉或者用兩種高、低折射率介質(zhì)在基底上交替沉薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)積許多隨機厚度的層，也可以得到展寬高反積許多隨機厚度的層，也可以得到展寬高反射區(qū)域。圖射區(qū)域。圖6-10所示是膜層厚度取所示是膜層厚度取0.13 的的不同倍數(shù)，高、低折射率膜層總共不

28、同倍數(shù)，高、低折射率膜層總共11層計算層計算得到的反射率曲線。得到的反射率曲線。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.6 6.6 中遠(yuǎn)紅外區(qū)域的多層高反射膜中遠(yuǎn)紅外區(qū)域的多層高反射膜* * 膜層光學(xué)厚度不等的周期多層膜系，當(dāng)周膜層光學(xué)厚度不等的周期多層膜系，當(dāng)周期數(shù)足夠高時就可獲得高的反射率，這個同樣期數(shù)足夠高時就可獲得高的反射率，這個同樣適用于遠(yuǎn)紅外區(qū)域的多層高反射膜。適用于遠(yuǎn)紅外區(qū)域的多層高反射膜。 圖圖6-11所示是不等厚度高折射率介質(zhì)碲所示是不等厚度高折射率介質(zhì)碲(Te： )和低折射率介質(zhì)聚乙烯和低折射率介質(zhì)聚乙烯( )周期多層膜系紅外區(qū)域反射率理論計算曲線，周期多層膜系紅外

29、區(qū)域反射率理論計算曲線，基底介質(zhì)也取碲，基底介質(zhì)也取碲， ，入射介質(zhì)為空氣，入射介質(zhì)為空氣， 。膜層厚度比為。膜層厚度比為 ，周期數(shù)周期數(shù) 。圖。圖6-11左邊為左邊為 和和 P-偏偏振反射率振反射率 曲線，右邊為曲線，右邊為 和和 S-偏振偏振薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)反射率反射率 曲線。圖中采用光子晶體中晶格常曲線。圖中采用光子晶體中晶格常數(shù)和歸一化頻率的概念，定義膜層周期厚度數(shù)和歸一化頻率的概念，定義膜層周期厚度為晶格常數(shù)，即令為晶格常數(shù)，即令而式（而式（3-62）化為）化為并稱并稱 為歸一化頻率，為歸一化頻率， 為歸一化厚度。為歸一化厚度。取晶格常數(shù)取晶格常數(shù) ，左圖

30、，左圖P-波偏振波偏振 處對應(yīng)于紅外波長處對應(yīng)于紅外波長 ， 處處對應(yīng)于波長對應(yīng)于波長 ，在此波段范圍內(nèi)反，在此波段范圍內(nèi)反(6-58)(6-59)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)射率射率 大于大于99%。右圖。右圖S-波偏振波偏振 處處薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)對應(yīng)于紅外波長對應(yīng)于紅外波長 ，而，而 處處對應(yīng)于波長對應(yīng)于波長 ，與，與P-波偏振相同，反波偏振相同，反射率射率 在此波段范圍內(nèi)也大于在此波段范圍內(nèi)也大于99%。這樣的。這樣的帶寬完全可以滿足中紅外和遠(yuǎn)紅外高反射的帶寬完全可以滿足中紅外和遠(yuǎn)紅外高反射的要求。要求。 對于波長大于對于波長大于80的遠(yuǎn)紅外波

31、段，鍍膜的遠(yuǎn)紅外波段，鍍膜材料存在明顯的吸收，常規(guī)的沉積技術(shù)需要材料存在明顯的吸收，常規(guī)的沉積技術(shù)需要改進(jìn)，首先通過熱蒸發(fā)在塑料薄片上鍍一層改進(jìn)，首先通過熱蒸發(fā)在塑料薄片上鍍一層相對薄的高折射率介質(zhì)膜，然后再鍍高、低相對薄的高折射率介質(zhì)膜，然后再鍍高、低折射率周期多層膜，可形成自支撐的高反射折射率周期多層膜，可形成自支撐的高反射膜。膜。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 圖圖6-13就是采用這種方法制備的遠(yuǎn)紅外多就是采用這種方法制備的遠(yuǎn)紅外多層高反射膜的計算和實測反射率曲線。圖中高層高反射膜的計算和實測反射率曲線。圖中高折射率介質(zhì)選擇硫化鋅折射率介質(zhì)選擇硫化鋅(ZnS）,其透明區(qū)域為

32、其透明區(qū)域為 ,在紅外區(qū)域的折射率為在紅外區(qū)域的折射率為 。低折射率介質(zhì)選聚乙烯，低折射率介質(zhì)選聚乙烯， 。周期膜系結(jié)。周期膜系結(jié)構(gòu)為構(gòu)為 ， 膜層和膜層和L膜層的折射率相同，膜層的折射率相同，但光學(xué)厚度選擇不同，膜系周期但光學(xué)厚度選擇不同，膜系周期 。此外，。此外，高、低折射率膜層的光學(xué)厚度選擇也不同。由高、低折射率膜層的光學(xué)厚度選擇也不同。由圖圖6-13（a）和圖）和圖6-13（b）可見，膜系高、低）可見，膜系高、低折射率光學(xué)厚度選擇不同，紅外區(qū)域反射率變折射率光學(xué)厚度選擇不同，紅外區(qū)域反射率變化非常明顯，因此，在實際應(yīng)用中通過改變周化非常明顯，因此，在實際應(yīng)用中通過改變周薄膜光學(xué)與薄膜技

33、術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)期多層膜系結(jié)構(gòu)中高低折射率膜層光學(xué)厚度，期多層膜系結(jié)構(gòu)中高低折射率膜層光學(xué)厚度，就可以得到不同波段極遠(yuǎn)紅外的高反射率。就可以得到不同波段極遠(yuǎn)紅外的高反射率。6.7 6.7 軟軟X-X-射線區(qū)域的多層高反射膜射線區(qū)域的多層高反射膜* * 軟軟X射線多層高反射膜研究與現(xiàn)代科學(xué)技射線多層高反射膜研究與現(xiàn)代科學(xué)技薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)術(shù)的眾多領(lǐng)域密切相關(guān)，受到科技界和產(chǎn)業(yè)界術(shù)的眾多領(lǐng)域密切相關(guān)，受到科技界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。軟的高度重視。軟X射線多層高反射膜（也稱軟射線多層高反射膜（也稱軟X射線反射鏡）已廣泛應(yīng)用于星載軟射線反射鏡）已廣泛應(yīng)用于星載軟X

34、射線望射線望遠(yuǎn)鏡、軟遠(yuǎn)鏡、軟X射線顯微鏡、軟射線顯微鏡、軟X射線激光、同步射線激光、同步輻射軟輻射軟X射線裝置和軟射線裝置和軟X射線投影光刻等領(lǐng)域。射線投影光刻等領(lǐng)域。 與可見光和紫外線不同，軟與可見光和紫外線不同，軟X射線的波長射線的波長極短，對任何材料的折射率實部都小于極短，對任何材料的折射率實部都小于1，所，所以可以忽略折射。對于軟以可以忽略折射。對于軟X射線，任何材料的射線，任何材料的折射率可表示為折射率可表示為(6-60)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)式中式中 是折射率的縮減量，是折射率的縮減量， 是消光常數(shù)。是消光常數(shù)。 和和 也與材料的原子序數(shù)也與材料的原子序數(shù)Z、

35、X射線的波長緊射線的波長緊密相關(guān)。圖密相關(guān)。圖6-14是不同材料在是不同材料在14nm處的光學(xué)處的光學(xué)常數(shù)。常數(shù)。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 同可見光區(qū)和紅外光區(qū)實現(xiàn)高反射膜一樣，同可見光區(qū)和紅外光區(qū)實現(xiàn)高反射膜一樣，軟軟X射線多層周期高反射膜也需要兩種高低折射線多層周期高反射膜也需要兩種高低折射率材料配對。由于構(gòu)成多層周期高反射膜，射率材料配對。由于構(gòu)成多層周期高反射膜，在在X射線波段找不到高折射率材料和低折射率射線波段找不到高折射率材料和低折射率材料，但材料的消光系數(shù)存在明顯的差別，所材料，但材料的消光系數(shù)存在明顯的差別，所以在以在X波段是利用高吸收和低吸收材料構(gòu)成多波段

36、是利用高吸收和低吸收材料構(gòu)成多層膜，采用的制備技術(shù)是磁控濺射或電子束蒸層膜，采用的制備技術(shù)是磁控濺射或電子束蒸發(fā)。當(dāng)發(fā)。當(dāng)X光入射時，多層膜層間界面反射光的光入射時，多層膜層間界面反射光的相干疊加使反射率增強。但在軟相干疊加使反射率增強。但在軟X-射線區(qū)域射線區(qū)域要獲得高反射率，采用多層膜系存在兩個問題。要獲得高反射率，采用多層膜系存在兩個問題。一是材料的吸收限制了鍍膜的層數(shù)。圖一是材料的吸收限制了鍍膜的層數(shù)。圖6-15給給薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)出的是出的是 、 、 和和 構(gòu)成的周期構(gòu)成的周期多層膜系反射率隨周期數(shù)的變化曲線多層膜系反射率隨周期數(shù)的變化曲線。其二，其二，介

37、質(zhì)層間界面的不光滑、相互擴散和熔合降低介質(zhì)層間界面的不光滑、相互擴散和熔合降低了各個界面的反射特性，從而減小了對總反射了各個界面的反射特性，從而減小了對總反射的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)。對于層間界面的不光滑性假定服從高對于層間界面的不光滑性假定服從高斯分布，可用德拜斯分布，可用德拜-沃勒（沃勒（Debye-Waler）因子）因子描述，即描述，即式中式中 為材料界面粗糙度，在軟為材料界面粗糙度，在軟 X 射線波長射線波長 (6-61)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 的范圍內(nèi)，必須的范圍內(nèi)，必須 ， 為理想界面。為理想界面。 為由式（為由式（3-68）至式（）至式（3-75）計算得到的理想表面的反

38、射率；計算得到的理想表面的反射率； 和和 分別分別為入射角和為入射角和X射線的波長。中國科學(xué)院長春光射線的波長。中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所已研制出浮法拋光機，可加學(xué)精密機械研究所已研制出浮法拋光機，可加工多種材料的超光滑表面，表面粗糙度可控制工多種材料的超光滑表面，表面粗糙度可控制在在 以下。圖以下。圖6-16是是 和和 周周期多層膜在期多層膜在 處的反射率隨粗糙度處的反射率隨粗糙度 的變化曲線。的變化曲線。 目前，制備軟目前，制備軟X射線多層反射膜常用材料射線多層反射膜常用材料配對的例子有：配對的例子有：(1) （13nm-25nm）；）；薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)(

39、2) （9nm -13nm）；）；(3) 、 、 、 等（等（7nm-25nm）；）；(4) 、薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 、 、 、 等（等（4.5nm-7nm）。）。在這些材料配對中，每對第二種材料消光系數(shù)在這些材料配對中，每對第二種材料消光系數(shù)相對于第一種材料消光系數(shù)都較小相對于第一種材料消光系數(shù)都較小。圖圖6-17是是 、 、 和和 四種配對材料四種配對材料軟軟X射線周期多層膜反射率隨波長變化的計算射線周期多層膜反射率隨波長變化的計算和實測曲線。和實測曲線。 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強激中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強激光材料重點實驗室在光材料重點實驗室在1

40、3.5nm軟軟X射線反射鏡研射線反射鏡研制方面取得重要進(jìn)展，斜入射情況下，制方面取得重要進(jìn)展，斜入射情況下， ，反射鏡反射鏡S-偏振反射率最高達(dá)到偏振反射率最高達(dá)到67.8%，見圖，見圖6-18，這是到目前為止對于，這是到目前為止對于Mo/Si多層反射膜在多層反射膜在薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)13.5nm波長處所獲得的最高反射率，達(dá)到世波長處所獲得的最高反射率，達(dá)到世界先進(jìn)水平，將為中國在軟界先進(jìn)水平，將為中國在軟X射線領(lǐng)域的相關(guān)射線領(lǐng)域的相關(guān)研究和應(yīng)用提供有力的技術(shù)保障。研究和應(yīng)用提供有力的技術(shù)保障。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.8 6.8 金屬反射鏡金屬

41、反射鏡 金屬經(jīng)拋光后，其拋光面在很寬的光譜金屬經(jīng)拋光后，其拋光面在很寬的光譜范圍內(nèi)具有高的反射率。但由于塊狀金屬拋范圍內(nèi)具有高的反射率。但由于塊狀金屬拋薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)狀金屬拋光不易，加之即使拋光后表面也不十狀金屬拋光不易，加之即使拋光后表面也不十分光滑，所以現(xiàn)在純金屬反射鏡幾乎不用。一分光滑，所以現(xiàn)在純金屬反射鏡幾乎不用。一般而言，下面討論的金屬反射鏡或反射膜是指般而言，下面討論的金屬反射鏡或反射膜是指把某種具有光學(xué)表面堅而輕的介質(zhì)作為基底，把某種具有光學(xué)表面堅而輕的介質(zhì)作為基底，在其上鍍金屬膜，從而得到高的反射率。含有在其上鍍金屬膜，從而得到高的反射率。含有金屬

42、膜層的膜系的反射率計算與理想介質(zhì)多層金屬膜層的膜系的反射率計算與理想介質(zhì)多層膜系一樣，見式（膜系一樣，見式（3-68）至式（）至式（3-75）。）。6.8.16.8.1常用金屬反射鏡常用金屬反射鏡 偏振光斜入射到復(fù)折射率分別為偏振光斜入射到復(fù)折射率分別為 和和 的兩個半無限介質(zhì)的分界面上，根據(jù)式（的兩個半無限介質(zhì)的分界面上，根據(jù)式（2-57）、式（）、式（2-69）和式（）和式（2-218）、式（）、式（2-220）薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)知，界面上的反射率為知，界面上的反射率為式中式中 、 見式（見式（2-56）和式）和式(2-68)。當(dāng)。當(dāng) 和和 分別對應(yīng)于空氣和金屬的

43、折射率分別對應(yīng)于空氣和金屬的折射率時，如果入射角為零，反射率的表達(dá)式簡化時，如果入射角為零，反射率的表達(dá)式簡化為為該式表明，如果基底不透明，除了在金屬中該式表明，如果基底不透明，除了在金屬中被吸收的能量外，其余能量全部反射。被吸收的能量外，其余能量全部反射。(6-62)(6-63)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 利用式（利用式（6-63）和相應(yīng)的光學(xué)常數(shù)）和相應(yīng)的光學(xué)常數(shù) ，許多其他金屬的譜反射率就可以計算。常用一許多其他金屬的譜反射率就可以計算。常用一些金屬在可見光、紅外和紫外波段的反射率示些金屬在可見光、紅外和紫外波段的反射率示于圖于圖6-19。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)

44、與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)在紫外區(qū)域一些材料的反射率曲線示于圖在紫外區(qū)域一些材料的反射率曲線示于圖6-21，明顯可以看出，在紫外區(qū)域材料的反射率普明顯可以看出，在紫外區(qū)域材料的反射率普遍低，原因是在紫外區(qū)域波長小，大約在遍低，原因是在紫外區(qū)域波長小，大約在100nm至至400nm，吸收、色散和界面間的不光，吸收、色散和界面間的不光滑性等導(dǎo)致反射率降低?；缘葘?dǎo)致反射率降低。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 在比紫外波長更小的區(qū)域（在比紫外波長更小的區(qū)域（X射線），射線），所有材料的折射率都接近于單位所有材料的折射率都接近于單位1，而且消光，而且消光系數(shù)也非常小系數(shù)也非常小，由此，根據(jù)式（，由此

45、，根據(jù)式（6-63）可以）可以推斷，垂直入射的情況下，在其相應(yīng)的譜區(qū)推斷，垂直入射的情況下，在其相應(yīng)的譜區(qū)域反射率也很小。然而，如果入射角超過臨域反射率也很小。然而，如果入射角超過臨界角界角c，即，即會導(dǎo)致高的反射率。圖會導(dǎo)致高的反射率。圖6-22給出一些典型材給出一些典型材料在大于臨界角入射情況下得到的反射率實料在大于臨界角入射情況下得到的反射率實測曲線。測曲線。(6-64)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.8.2 6.8.2 金屬金屬- -介質(zhì)反射鏡介質(zhì)反射鏡 金屬膜反射鏡具有寬的高反射區(qū)域，且其金屬膜反射鏡具有寬的高反射區(qū)域，且其結(jié)構(gòu)簡單，易于制備，這是其優(yōu)點。但金屬膜結(jié)構(gòu)

46、簡單，易于制備，這是其優(yōu)點。但金屬膜有其缺點：有其缺點：一一是大多數(shù)金屬膜都比較軟，容易是大多數(shù)金屬膜都比較軟，容易薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)損壞；損壞；二二是金屬膜的表面在空氣中易于氧化，是金屬膜的表面在空氣中易于氧化，降低膜層的反射率；降低膜層的反射率；三三是金屬膜與基底的黏附是金屬膜與基底的黏附性差，因而膜層與基底附著力差；性差，因而膜層與基底附著力差；四四是金屬膜是金屬膜的反射率無法達(dá)到接近的反射率無法達(dá)到接近100%的反射率。對于的反射率。對于附著力差的問題，可在基底上加鍍附著力強的附著力差的問題，可在基底上加鍍附著力強的襯底。為了保護(hù)金屬膜和避免金屬膜表面氧化，襯

47、底。為了保護(hù)金屬膜和避免金屬膜表面氧化，可在外邊加鍍保護(hù)膜。提高反射率可在金屬膜可在外邊加鍍保護(hù)膜。提高反射率可在金屬膜上鍍高低折射率周期多層膜。上鍍高低折射率周期多層膜。 比如，在空氣中鋁表面會氧化，形成薄的比如，在空氣中鋁表面會氧化，形成薄的鋁氧化層，這種氧化層不耐磨并易于受到化學(xué)鋁氧化層，這種氧化層不耐磨并易于受到化學(xué)腐蝕，對許多應(yīng)用來說很不利。因而，通常鋁腐蝕，對許多應(yīng)用來說很不利。因而，通常鋁薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)反射鏡是在反射鏡是在鋁膜上面涂敷一層鋁膜上面涂敷一層SiO2或或MgF2保保護(hù)膜護(hù)膜。但是，保護(hù)膜使反射率降低，如果必要，。但是，保護(hù)膜使反射率降低，

48、如果必要，可在鋁膜表面涂覆兩層或三層介質(zhì)保護(hù)膜，就可在鋁膜表面涂覆兩層或三層介質(zhì)保護(hù)膜，就可解決反射率低的問題，見圖可解決反射率低的問題，見圖6-23所示。所示。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 由于鋁氧化層使紫外區(qū)域的反射率有所下由于鋁氧化層使紫外區(qū)域的反射率有所下降，所以在沉積鋁膜后立即涂敷一降，所以在沉積鋁膜后立即涂敷一MgF2或或LiF膜，反射率可得到部分改善，這種涂敷保護(hù)膜膜，反射率可得到部分改善，這種涂敷保護(hù)膜的鋁鏡反射率如圖的鋁鏡反射率如圖6-24所示。所示。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 在在真空紫外真空紫外區(qū)域，改善金屬膜的反射率，區(qū)域，改善金屬膜的

49、反射率，可以可以加鍍適當(dāng)厚度的鉑膜或鋁膜加鍍適當(dāng)厚度的鉑膜或鋁膜，圖，圖6-25是在是在銥基底上鍍不同厚度鋁膜的實測反射率曲線，銥基底上鍍不同厚度鋁膜的實測反射率曲線，反射率隨鋁膜厚度的變化很明顯，這種膜已反射率隨鋁膜厚度的變化很明顯，這種膜已在空間領(lǐng)域得到應(yīng)用。在空間領(lǐng)域得到應(yīng)用。薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.9 6.9 影響反射特性的因素影響反射特性的因素* * 對于前面討論的高低折射率四分之一波對于前面討論的高低折射率四分之一波長周期多層膜系、金屬高反射膜以及金屬長周期多層膜系、金屬高反射膜以及金屬-介介質(zhì)反射膜，理論計算得到的反射率與實際測質(zhì)反射膜，理論計算得到的反射

50、率與實際測量得到的反射率是有差別的，尤其是在紫外量得到的反射率是有差別的，尤其是在紫外和和X射線區(qū)域，差別更為明顯。射線區(qū)域，差別更為明顯。1膜層厚度誤差膜層厚度誤差2色散色散3吸收吸收4表面和層間界面的不光滑性表面和層間界面的不光滑性薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)6.10 6.10 高反射鏡應(yīng)用實例高反射鏡應(yīng)用實例 不管是高、低折射率周期多層介質(zhì)高反射不管是高、低折射率周期多層介質(zhì)高反射鏡還是金屬高反射鏡，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用都十鏡還是金屬高反射鏡，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用都十分廣泛，下面列舉三個典型實例。分廣泛，下面列舉三個典型實例。6.10.1 6.10.1 激光高反射鏡激光高反射鏡

51、隨著激光技術(shù)的發(fā)展，對激光諧振腔等隨著激光技術(shù)的發(fā)展，對激光諧振腔等光學(xué)鍍膜元件的性能提出了新的要求，光學(xué)鍍膜元件的性能提出了新的要求，超低功超低功耗激光反射鏡要求激光高反射膜必須具備吸收耗激光反射鏡要求激光高反射膜必須具備吸收小、散射強度小、反射功率大和耐激光損傷閾小、散射強度小、反射功率大和耐激光損傷閾值高等優(yōu)點值高等優(yōu)點。激光高反射鏡仍然采用高、低折。激光高反射鏡仍然采用高、低折射率四分之一波長周期多層膜，不過高折射率射率四分之一波長周期多層膜，不過高折射率薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)薄膜光學(xué)與薄膜技術(shù)基礎(chǔ)介質(zhì)是混合膜料，而不是單一的高折射率材料，介質(zhì)是混合膜料，而不是單一的高折射率材料，目的是通過混合提高膜層的填充密度，以減小目的是通過混合提高膜層的填充密度，以減小散射損耗