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光學基礎知識 2008 01 29 基礎理論 光學系統是由透鏡組合而成 學習要點 1 光的基本原理 2 透鏡的几何光學成像理論 像差 光的基本原理 光是自然界的產物 我們在學習的時候以光的特性及物理量加以說明 光的類別 紫外光 180 400nm 可見光 400 700nm 近紅外光 700 4000nm 紅外光 4 14 m 遠紅外光 14 10000 m 現民用光學制品一般都在可見光范圍內 在以后的學習中我們都以可見光為例 可見光范圍內在550nm的地方是人眼最敏感的區域 顏色為黃綠色 可見光范圍內在小于430nm和大于690nm的范圍是人眼慢慢趨向遲鈍的區域 但如果能量足夠強的時候 人眼還是可以感應到的 在鍍過膜的鏡片上呈現的顏色就是在光譜圖上體現的相對反射較高的波段 可見光 紅色光 red 綠色光 green 藍色光 blue 為光的三原色 光的三原色 鍍膜藥材 高折射率現常用的有tio2 ti2o3 ti3o5等中折射率現常用的有al2o3 zro2 h4 m2等低折射率現常用的有mgf2 sio2等 現公司使用的藥材有 al2o3 h4 mgf2 tio2 sio2 m2 tio2 折射率2 2 2 6 一般在2 35左右 400 12000nm之間有較佳的透明度熔點較高 為1640 蒸著溫度為1800 2200 故需用電子束轟擊含雜氣較多 需先進行預熔充氧量非常重要 可導致鏡片吸收 應用於可見光到紅外光的產品 h4 折射率2 0 2 1360 7000nm之間有較佳的透明度默克公司獨家生產的混和膜料含雜氣較多 需先進行預熔充氧量非常重要 可導致鏡片吸收 膜性良好的中折射率藥材 mgf2 折射率1 38210 10000nm之間有較佳的透明度蒸鍍時有時易噴藥雜氣較少膜的特性較軟而且不牢 sio2 折射率1 45 1 47180 8000nm之間有較佳的透明度雜氣較少膜性良好的低折射率藥材吸收與散射都很小一般與高折射率材料配合 蒸鍍濾光片 司涅爾定律 z x界面 法線 normalline 0 1 n0 n1 n0sin 0 n1sin 1 n0 光學常數 n1 光學常數 0 入射角 a o i 1 折射角 垂直入射是指入射的光線垂直界面前進 也就是說與法線的夾角為0度 垂直入射 入射角 0 光學薄膜中的重要參數 反射率r穿透率t折射率n色散 反射率r及穿透率t 折射率 折射率在光學中是一個非常重要的參數 用符號n表示 介質折射率的大小定義成光在真空中的速度與光在個質速度中的比值n c v式中n表示折射率 c表真空中之光速 v表示光在介質中的速度 光在水中速度是光速的四分之三 所以水的折射率為1 3 而一般光學玻璃的折射率約為1 5 放在空氣中 折射率還有一個特性 介質中的折射率會隨光波波長而改變 這種關系就是引起色散現象的原因 色散 由於折射率是波長的函數n 所以當一束復色經折射后 因各單色光的折射率各不相同 造成折射方向有所差異 這種現象稱為色散 對於一般玻璃而言 色散值約在0 012 0 05之間 由於數值較小使用上不太方便 一般用其倒數來衡量介質的色散能力 用v表示 普通鏡片v值在20 80之間 鍍膜監控方式 光學膜厚監控透過式反射式石英膜厚計監控5m6m 光學膜厚監控 利用單波長比例法來進行監控 即利用監控訊號經過一極值點後 訊號回頭一段距離後停止 優點對監控系統的穩定度要求較低 可以避免膜材折射率改變造成監控訊號變化幅度改變造成的問題 光學監控系統設計較單純缺點無法執行極窄帶通的濾鏡監控無法執行膜厚較膜的製程監控 光學膜厚監控方式 透過式 適合變化範圍較大的製程 穩定性容忍度較高 不易受光源偏