光学薄膜技术概述

1、会计学1光学薄膜技术概述光学薄膜技术概述第1页/共21页第一章：薄膜光学特性计第一章：薄膜光学特性计算基础算基础第二章：介质膜系及其应第二章：介质膜系及其应用用第三章第三章: : 光学薄膜制备技光学薄膜制备技术术第四章：光学薄膜制备工第四章：光学薄膜制备工艺艺第五章第五章: : 薄膜材料及其性薄膜材料及其性质质第六章：光学薄膜特性测第六章：光学薄膜特性测试试主要内容主要内容： 主要论述层主要论述层状媒介的光学状媒介的光学特性。薄膜是特性。薄膜是一薄的层状媒一薄的层状媒介，是构成现介，是构成现代各种光电器代各种光电器件的基础。在件的基础。在薄的膜层中，薄的膜层中，光波的传输与光波的传输与电子效应

2、都与电子效应都与其在块状材料其在块状材料中的行为不同中的行为不同。本课程主要。本课程主要讲述波在层状讲述波在层状媒介中的传播媒介中的传播规律、膜系设规律、膜系设计以及薄膜的计以及薄膜的制备于检测技制备于检测技术。术。研究范畴及内研究范畴及内容：容：第1页/共21页第2页/共21页光光学学薄薄膜膜技技术术薄膜设计基本薄膜设计基本理论理论光学薄膜基本光学薄膜基本种类种类薄膜制造技术薄膜制造技术薄膜制造工艺薄膜制造工艺减反射膜减反射膜高反射膜高反射膜截止滤光片截止滤光片带通滤光片带通滤光片偏振分束膜偏振分束膜消偏振膜消偏振膜光学特性计算：导光学特性计算：导纳矩阵纳矩阵真空技术、薄膜沉真空技术、薄膜沉

3、积技术积技术工艺参数、实验设计、工艺参数、实验设计、厚度监控厚度监控薄膜材料及其薄膜材料及其性质性质微观结构、常微观结构、常用材料用材料薄膜特性测试薄膜特性测试光学特性测试光学特性测试非光学特性测非光学特性测试试第2页/共21页第3页/共21页课程目的课程目的：了解光学薄膜的了解光学薄膜的基础理论基础理论及及典型膜系典型膜系，掌握简单的膜系掌握简单的膜系设计方法；设计方法；了解薄膜制备方法及相关工艺，了解常用了解薄膜制备方法及相关工艺，了解常用光学薄膜的性能光学薄膜的性能 指标及相关检测指标及相关检测方法；方法；u对有志从事薄膜领域工作的同学起到抛对有志从事薄膜领域工作的同学起到抛砖引玉的作用

4、；砖引玉的作用；u对从事其他学科研究、应用的同学起到对从事其他学科研究、应用的同学起到了解光学薄膜、应用光学薄膜、用好光学了解光学薄膜、应用光学薄膜、用好光学薄膜的作用。薄膜的作用。第3页/共21页第4页/共21页课程特点：课程特点： 人类生活在周围充满光的世界里，光是人类生活在周围充满光的世界里，光是一种无时无刻都会遇到的自然现象。更重一种无时无刻都会遇到的自然现象。更重要的是：光是信息的重要载体，要的是：光是信息的重要载体，“有光就有光就有膜有膜 ”，薄膜光学是现代光学必不可少的，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基础技术，它是物理光学的一个重要分支。专项技术

5、专项技术。 另一方面，由于光学薄膜的制备过程与另一方面，由于光学薄膜的制备过程与真空技术真空技术、表面物理表面物理、材料科学材料科学、等离子等离子体技术体技术等密切相关，所以光学薄膜也可以等密切相关，所以光学薄膜也可以称得上是一门称得上是一门综合学科综合学科； 薄膜光学技术随着现代科学技术的发薄膜光学技术随着现代科学技术的发展而迅速发展，特别是展而迅速发展，特别是计算机计算机技术给薄膜技术给薄膜理论分析带来了巨大的方便。理论分析带来了巨大的方便。 第4页/共21页第5页/共21页 主要参考文献主要参考文献1.1. H. A. Macleod, Thin-Film Optical H. A. M

6、acleod, Thin-Film Optical Filters , Bristol & Philadelphia, 2001Filters , Bristol & Philadelphia, 20012.2.麦克劳德，光学薄膜从设计到制造，麦克劳德，光学薄膜从设计到制造，20032003，（，（讲座报告）讲座报告） 3.3.唐晋发，顾培夫，刘旭，等，现代光学薄膜技唐晋发，顾培夫，刘旭，等，现代光学薄膜技术，浙江大学出版社术，浙江大学出版社, 2006, 20064. 4. 唐晋发，郑权，应用薄膜光学，科学技术出唐晋发，郑权，应用薄膜光学，科学技术出版社，版社，1986198

7、65. 5. 唐晋发，顾培夫，薄膜光学与技术，机械工唐晋发，顾培夫，薄膜光学与技术，机械工业出版社业出版社,1989,19896. 6. 李正中，薄膜光学与镀膜技术，艺轩图书出李正中，薄膜光学与镀膜技术，艺轩图书出版社版社 , 2001, 20017. 7. 林永昌，卢维强，光学薄膜原理，国防工业林永昌，卢维强，光学薄膜原理，国防工业出版社出版社 ,1990,19908. 8. 顾培夫，薄膜技术，浙江大学出版社，顾培夫，薄膜技术，浙江大学出版社，199019909.H.K.Pulker, Coating on Glass, Elsevier 9.H.K.Pulker, Coating on G

8、lass, Elsevier ,1984,198410. 10. 严一心，林鸿海，薄膜技术，兵器工业出版严一心，林鸿海，薄膜技术，兵器工业出版社，社，19941994第5页/共21页第6页/共21页 主要膜系设计软主要膜系设计软件件1. Autofilm2. TFC3. Macleod4. Optilayer第6页/共21页第7页/共21页 第7页/共21页第8页/共21页光学薄膜是指控制光束行为的光学薄膜是指控制光束行为的薄膜。薄膜。 光学薄膜技术是光学技术的一个重要分支，它包括薄膜光学及薄膜制备技术，前者研究光在分层媒质中的传播规律，后者研究光学薄膜的各种制备技术。 在今天，光学薄膜技术已

9、经成为现代光学技术中不可缺少的一个重要组成部分。没有任何一个光学系统里不使用光学薄膜。 1. What is optical thin films第8页/共21页第9页/共21页什么是光学薄什么是光学薄膜？膜？ 可以用三个常用的英文来形象可以用三个常用的英文来形象的解释：的解释： Optical thin films 通常意义的光通常意义的光学薄膜；学薄膜； Optical layers 光学薄膜的一个特点光学薄膜的一个特点是分层结构；是分层结构；“膜系膜系”、“膜堆膜堆”。Optical coatings 一般来讲是指敷于一般来讲是指敷于光学玻璃、塑料、晶体等基底上的光学玻璃、塑料、晶体等基

10、底上的薄膜；薄膜；第9页/共21页第10页/共21页Why thin and not thick films?光学薄膜的光学性能集中表现为薄膜界面的分振幅多光学薄膜的光学性能集中表现为薄膜界面的分振幅多光束干涉能力。光束干涉能力。能有效应用的干涉厚度，可称薄膜；能有效应用的干涉厚度，可称薄膜；薄还是厚取决于波长，而不是实际厚度。薄还是厚取决于波长，而不是实际厚度。 第10页/共21页第11页/共21页 2. Developmental History of optical thin films1. ”Newtons rings” was discovered in 17th century,

11、which is called “modern thin film optics”.2. Faunhofer had made the first AR coating by chemical method in 1817 .3. Fresnel produced the laws of reflection and refraction in 1832.4. “A treatise on electricity and magnetic” was published by Maxwell in 1873.第11页/共21页第12页/共21页5. Diffusion pump made it

12、possible for thin film process in 1930.6. Geffeken produced the first thin film metal- dielectric interference filter by PVD(1951).7. The first He-Ne laser was developed in Bell Tel. Lab. In 1960,which was because of the low loss high reflectors.8. The columnar structure of thin film was discovered

13、in 1970 by Pearson(皮尔逊皮尔逊).9. Thin film filters used for optical communication was made significant progress in around 2000.第12页/共21页第13页/共21页 光学薄膜可分成两大部分，光学薄膜可分成两大部分，第一部分是光学干涉薄膜第一部分是光学干涉薄膜第二部分是光学波导薄膜及其相应器第二部分是光学波导薄膜及其相应器件件 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，在一块基片上沉积五、六十层膜并非罕见，涂镀工艺是比较成

14、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本课程讲的是第一种情况。情况。第13页/共21页第14页/共21页 3. Applications 光在通过分层媒质时，来光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向产光在光的入射及反射方向产生光的干涉现象，人们正是生光的干涉现象，人们正是利用这种干涉现象，通过利用这种干涉现象，通过改改变材料变材料及其及其厚度厚度等特性等特性来人来人为的控制光的干涉，根据需为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。要来实现光能的重新分配。第14页/共21页第

15、15页/共21页第15页/共21页第16页/共21页光学薄膜在光学系统中的光学薄膜在光学系统中的作用：作用： 提高光学效率、减少杂散光。如高效提高光学效率、减少杂散光。如高效减反射薄膜、高反射薄膜。减反射薄膜、高反射薄膜。实现光束的调整或再分配。如分束膜、实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。进行能量再分配的光学元件。通过波长的选择性透过，提高系统的通过波长的选择性透过，提高系统的信噪比。如窄带或带通滤光片、长波通信噪比。如窄带或带通滤光片、长波通、短波通滤光片。、短波通滤光片。实现某些特定功能。如实现某

16、些特定功能。如ITO透明导电膜透明导电膜、保护膜等。、保护膜等。第16页/共21页第17页/共21页与镀膜技术密切相关的产业与镀膜技术密切相关的产业镀膜眼镜幕墙玻璃滤光片车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件红外膜投影显示太阳能ITO膜第17页/共21页第18页/共21页光学薄膜是指控制光束行为的光学薄膜是指控制光束行为的薄膜。薄膜。 光学薄膜技术是光学技术的一个重要分支，它包括薄膜光学及薄膜制备技术，前者研究光在分层媒质中的传播规律，后者研究光学薄膜的各种制备技术。 在今天，光学薄膜技术已经成为现代光学技术中不可缺少的一个重要组成部分。没有任何一个光学系统里不使用光学薄膜。 1. What is optical thin films第18页/共21页第19页/共21页什