薄膜光学与镀膜技术

,薄膜光学与镀膜技术,Speaker：Harry,ThinFilmOpticsandCoatingTechnology,光是一种电磁波,可见光波长范围760400nm红外光波长范围0.761000um紫外光波长范围10400nm,一、什么是光？,光学薄膜原理,光波遇到有界面时会受到影响引起反射和透射现象,右图为折射率为n的光学薄膜,1、2、3为反射光(R),1、2、3、为透射光(T),二、光的现象,光学薄膜原理,当光在膜层中的干涉现象可被侦测到时，我们认为这层膜是薄的,光学薄膜就是在光学元件上或独立基板上镀上特定的膜质来改变光波传递的特性。,Q：薄膜有什么特点？光学薄膜由光的干涉作用达到效果,Q：那么要薄到什么程度呢？,三、什么是光学薄膜？,光学薄膜原理,生活中的光学薄膜,光学薄膜原理,光学薄膜在光学系统中的作用,光学薄膜应用,高反射镜,光学薄膜应用,只取反射光，尽量减少透射光,减反射镜,减少光学元器件表面的反射光，提高透射光,光学薄膜应用,双色分光镜原理图,偏振分光镜原理图,S,P,中性分光镜,分光镜,光学薄膜应用,在某波段不透光而相邻的另一波段有很高的透射率的一种光学器件,截止滤光片,长波通滤光片,短波通滤光片,实际应用：冷光镜、彩色分光膜等,光学薄膜应用,带通滤光片,指某波段域内透射率很高而其两旁透射率甚低的滤光片,典型结构：Fabry-Perot型滤光片,Transmittance%,实际应用：光纤通讯行业，数码，投影仪等,光学薄膜应用,光学薄膜的类型与符号,光学薄膜应用,光学薄膜在投影机上的各种应用,光学薄膜应用,减反膜，偏振分光膜,高射反膜,减反膜，分色膜，截止带通滤光膜,光学薄膜制作,物理气相沉积（PVD）,光学薄膜制作,热电阻加热,特点：结构简单、成本低廉、操作方便；电阻片加热温度有限，高熔点的氧化物大多无法蒸镀蒸发速率低；合金或化合物加热会导致分解。膜质不硬，密度不高,光学薄膜制作,蒸发源材料：钨（W,TM=3380）钼（Mo,TM=2980）钽（Ta,TM=2630）等,电子枪蒸镀法,特点：比起热电阻污染少，膜品质较高；蒸发范围广，可蒸镀熔点较高之氧化膜热效率高、热传导和热辐射损失小可以镀多层膜镀膜过程中使用不同材料需要不时调换,光学薄膜制作,磁控溅镀,特点：利用磁场作用，提高溅镀速率提高薄膜的品质磁场会把电子偏离基板，故可以在一些较不耐温的基板上镀膜可以做成连续的溅镀系统，连续工作,光学薄膜制作,离子束溅镀,光学薄膜制作,特点：制作的薄膜密度高，散射小膜折射率稳定均匀，膜厚精准可以配合其他制镀方法，提高制镀速率增加了控制的自由度,离子束助镀,特点：配以蒸镀或溅镀系统，提高镀膜速率成膜纯度高，膜变得更缜密光谱特性稳定提高了膜层折射率的均匀性,光学薄膜制作,镀膜厚度监控的方法,光学薄膜制作,石英晶体监控法,特点：石英晶体振荡的频率与晶体上薄膜的质量成反比是一种薄膜质量测量方法，它也被称为质量微天平厚度显示不稳定，做精密光学薄膜数据只作参考，只作为镀膜速率的控制,光学薄膜制作,光学膜厚监控系统,光学薄膜制作,光学薄膜制作,光学薄膜制作,光学参数测量,由分光光度计量出薄膜的透射率及反射率进而推算出n、k、d,光度法：量测光穿透或反射自薄膜后的变化求得nkd,椭圆偏振法：以偏振光经薄膜反射后量测其光振幅及相位变化求得,利用商品化的分光光度计和光谱分析仪量出穿透率和反射率等,光学薄膜制作,光学特性测量,双光路分光光度计,光学薄膜制作,非光学特性测量,基板工艺,基片的种类：玻璃(冕牌玻璃，火石玻璃)晶体塑料陶瓷金属,基片的清洗：洗涤剂、化学药品、超声波清洗、离子轰击、手工擦拭、紫外线和臭氧等,光学薄膜制作,光学薄膜材料,常用光学薄膜的材料从化学组成上可分为：氧化物、氟化物和金属合金,氧化物材料：具有熔点高，比重大，高折射率和高机械度，膜质硬的特点，如二氧化钛，氧化硅等,氟化物材料：具有熔点低，小比重，低折射率和较差机械度，膜软，怕水的特点。如氟化镁，冰晶石等,金属合金：一般金属具有较强的反光性和吸光性，因此金属（或合金）材料一般作为反光薄膜材料或光调节材料。,光学薄膜制作,下表列出了金属膜与介质膜的理想性质.实际的材料或多或少地会偏离这些理想材料,如介质有一定的消光系数k,而金属也有一定的实数折射率n.,金属膜与介质膜的比较,光学薄膜制作,光学薄膜应用实例：,眼镜镜片：镜片材料主要是氧化物如二氧化硅，氧化镁，氧化锌，氧化铝，氧化钠，氧化钾等等。UV光学白片添加少量的氧化钛或氧化铈等吸收紫外线，最普遍防紫外线优质白色镜片光学玻璃成分中添加卤化银等化合物使镜片在紫外线照射下分解成银河卤素原子，颜色由浅变深。有色玻璃镜片主要是镀了不同的氧化物产生颜色起到一定的作用，如添加氧化锰，氧化铁，氧化镍等着茶色作太阳镜防眩光。,光学薄膜制作,光学薄膜应用实例：,太阳能电池裸硅表面的反射率在30%以上将电池表面腐蚀成绒面或者多孔状(增加光与半导体表面作用的次数,同时会使电池温度升高)镀上减反射膜(SiO2/SnO2/TiO2/SiNx/SiCx等),光学薄膜制作,ITO镀膜氧化铟锡（即IndiumTinOxide,简称ITO）材料是一种n型半导体材料，在In2O3掺入SnO2.具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和化学稳定性液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、电致发光显示器（EL/OLED）、触摸屏（TouchPanel）、太阳能电池以及其它电子