物理光学17-第十七次课薄膜光学基础

第十七次课、薄膜光学基础

一、单层膜分光特征(二、双层消反膜)(三、多层增反膜)内容1第1页n1=1n2=1.596%光透射n1=1经过两个界面后，92%光透射

比较复杂光学系统中光能损失将是比较严重，比如八个折射率为1.5透镜并列组成光学系统，沿着系统中轴传输光能反射损失就大约到达48%。对于当代愈加复杂光学系统(如变焦距物镜包含十多个透镜)来说，可想而知，光能反射损失就更严重了。所以必须消除或者降低反射。有效处理方法就是在玻璃零件表面镀制起增透(减反射)作用薄膜。

2第2页i3dAi1i2BCDER1ER2ER3ER4E0n1n2n3ET1ET2ET3ET4GF一．单层膜分光特征上表面相邻两束光位相差：…………上表面各光波复振幅为：其中，r21=-r12在无吸收情况下3第3页i3dAi1i2BCDER1ER2ER3ER4E0n1n2n3ET1ET2ET3ET4GF下表面相邻两束光位相差：下表面各光波复振幅为：…………4第4页和透射系数：

(2)

单层薄膜反射率：

(3)

于是得到单层薄膜反射系数：

(1)

单层薄膜透射率：

(4)

由(3)和(4)式得：R+T=1(5)上式是在薄膜无吸收情况下结果。

5第5页在正入射情况下，i1=i2=i3=0，则有：(7)

(8)

(3)

(1)

(6)

(9)

6第6页n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38单层膜(d)曲线图7第7页(1)、n1<n2<n3(或n1>n2>n3)

(10)(12)(11)

位相厚度

(3)

(13)光学厚度

8第8页

(15)

(16a)

(10)(14)

(16b)

这么膜层称之为消反膜或增透膜。

消反射条件

9第9页n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38单层膜(d)曲线图10第10页(2)、n1<n2>n3(或n1>n2<n3)(17)

(18)

这种膜层称为增反膜或称高反膜。

(10)(11)

(14)

11第11页n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38单层膜(d)曲线图12第12页n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38称含有这么光学厚度薄膜为四分之一波长膜。单层膜折射率大(小)于周围媒质折射率时，四分之一波长膜是高反膜；单层膜折射率处于两种周围媒质折射率之间时，四分之一波长膜是增透膜。13第13页依据上面讨论，不论单层膜折射率大(小)于周围媒质折射率还是处于两种周围媒质折射率之间，当薄膜是半波长膜时，反射率和不存在单层膜时反射率相同。允许N=0仅是理论上讨论。但N=0相当于实际上没有镀膜，所以对于半波长膜实际上N取值应该从1开始，即最薄膜厚(光学厚度)应该是：称含有这么光学厚度薄膜为半波长膜。n2=1.7n2=3n2=2n2=1.23n2=1.38n2=1.3514第14页在斜入射情况下，入射光要分别按p偏振光和s偏振光来考虑。由第七次课知识可知，(7)式和(8)式中nj(j=1，2，3)分别用对应等效折射率来表示。对于s偏振光为：njcosij(j=1，2，3)对于p偏振光为：nj/cosij(j=1，2，3)

在正入射情况下，i1=i2=i3=0，则有：(7)

(8)

(3)

(1)

(6)

15第15页以上是针对单层膜讨论。不过，单层膜往往达不到特殊要求，这就要求采取多层膜，比如用双层、三层以及层数更多膜系。进行理论分析设计方法有很多，如递推法(鲁阿德法)、干涉矩阵法、菲涅耳系数矩阵法，瓦失切克法等等。16第16页薄膜在当代尖端科学技术领域中有着广泛应用，薄膜有很各种类，应用于光学领域起分光作用薄膜称为光学薄膜。相关薄膜理论和研制技术已组成当代光学一个新分支领域——薄膜光学。常见光学薄膜有金属薄膜和透明介质膜等。光学薄膜起着分光作用，不但有单层膜，更多是多层膜，所以镀制在光学零件表面上光学薄膜本身就组成一个分系统，可简称为薄膜系统。

依据方才讨论可知，光学薄膜工作原理和光学性质能够用多光束干涉理论来分析，但与法布里-珀罗干涉仪情况不一样，不但要记入第一束反射光，还要考虑薄膜两侧媒质折射率不相同，把媒质分为