物理光學(xué)17-第十七次課薄膜光學(xué)基礎(chǔ)

第十七次課、薄膜光學(xué)基礎(chǔ)

一、單層膜分光特征(二、雙層消反膜)(三、多層增反膜)內(nèi)容1第1頁n1=1n2=1.596%光透射n1=1經(jīng)過兩個界面后，92%光透射

比較復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)中光能損失將是比較嚴(yán)重，比如八個折射率為1.5透鏡并列組成光學(xué)系統(tǒng)，沿著系統(tǒng)中軸傳輸光能反射損失就大約到達(dá)48%。對于當(dāng)代愈加復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)(如變焦距物鏡包含十多個透鏡)來說，可想而知，光能反射損失就更嚴(yán)重了。所以必須消除或者降低反射。有效處理方法就是在玻璃零件表面鍍制起增透(減反射)作用薄膜。

2第2頁i3dAi1i2BCDER1ER2ER3ER4E0n1n2n3ET1ET2ET3ET4GF一．單層膜分光特征上表面相鄰兩束光位相差：…………上表面各光波復(fù)振幅為：其中，r21=-r12在無吸收情況下3第3頁i3dAi1i2BCDER1ER2ER3ER4E0n1n2n3ET1ET2ET3ET4GF下表面相鄰兩束光位相差：下表面各光波復(fù)振幅為：…………4第4頁和透射系數(shù)：

(2)

單層薄膜反射率：

(3)

于是得到單層薄膜反射系數(shù)：

(1)

單層薄膜透射率：

(4)

由(3)和(4)式得：R+T=1(5)上式是在薄膜無吸收情況下結(jié)果。

5第5頁在正入射情況下，i1=i2=i3=0，則有：(7)

(8)

(3)

(1)

(6)

(9)

6第6頁n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38單層膜(d)曲線圖7第7頁(1)、n1<n2<n3(或n1>n2>n3)

(10)(12)(11)

位相厚度

(3)

(13)光學(xué)厚度

8第8頁

(15)

(16a)

(10)(14)

(16b)

這么膜層稱之為消反膜或增透膜。

消反射條件

9第9頁n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38單層膜(d)曲線圖10第10頁(2)、n1<n2>n3(或n1>n2<n3)(17)

(18)

這種膜層稱為增反膜或稱高反膜。

(10)(11)

(14)

11第11頁n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38單層膜(d)曲線圖12第12頁n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38稱含有這么光學(xué)厚度薄膜為四分之一波長膜。單層膜折射率大(小)于周圍媒質(zhì)折射率時，四分之一波長膜是高反膜；單層膜折射率處于兩種周圍媒質(zhì)折射率之間時，四分之一波長膜是增透膜。13第13頁依據(jù)上面討論，不論單層膜折射率大(小)于周圍媒質(zhì)折射率還是處于兩種周圍媒質(zhì)折射率之間，當(dāng)薄膜是半波長膜時，反射率和不存在單層膜時反射率相同。允許N=0僅是理論上討論。但N=0相當(dāng)于實際上沒有鍍膜，所以對于半波長膜實際上N取值應(yīng)該從1開始，即最薄膜厚(光學(xué)厚度)應(yīng)該是：稱含有這么光學(xué)厚度薄膜為半波長膜。n2=1.7n2=3n2=2n2=1.23n2=1.38n2=1.3514第14頁在斜入射情況下，入射光要分別按p偏振光和s偏振光來考慮。由第七次課知識可知，(7)式和(8)式中nj(j=1，2，3)分別用對應(yīng)等效折射率來表示。對于s偏振光為：njcosij(j=1，2，3)對于p偏振光為：nj/cosij(j=1，2，3)

在正入射情況下，i1=i2=i3=0，則有：(7)

(8)

(3)

(1)

(6)

15第15頁以上是針對單層膜討論。不過，單層膜往往達(dá)不到特殊要求，這就要求采取多層膜，比如用雙層、三層以及層數(shù)更多膜系。進(jìn)行理論分析設(shè)計方法有很多，如遞推法(魯阿德法)、干涉矩陣法、菲涅耳系數(shù)矩陣法，瓦失切克法等等。16第16頁薄膜在當(dāng)代尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，薄膜有很各種類，應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域起分光作用薄膜稱為光學(xué)薄膜。相關(guān)薄膜理論和研制技術(shù)已組成當(dāng)代光學(xué)一個新分支領(lǐng)域——薄膜光學(xué)。常見光學(xué)薄膜有金屬薄膜和透明介質(zhì)膜等。光學(xué)薄膜起著分光作用，不但有單層膜，更多是多層膜，所以鍍制在光學(xué)零件表面上光學(xué)薄膜本身就組成一個分系統(tǒng)，可簡稱為薄膜系統(tǒng)。

依據(jù)方才討論可知，光學(xué)薄膜工作原理和光學(xué)性質(zhì)能夠用多光束干涉理論來分析，但與法布里-珀羅干涉儀情況不一樣，不但要記入第一束反射光，還要考慮薄膜兩側(cè)媒質(zhì)折射率不相同，把媒質(zhì)分為