光学基础及其技术 11

光学薄膜膜系设计2.2高反射薄膜潘永强教授1.金属反射膜常用的材料有：铝（Al)、银（Ag）、金（Au）等铝（Al):是唯一一种从紫外到红外波段都具有高反射率的金属材料；在大气中，铝膜表面能生成Al2O3保护层解决办法：Al+MgF2（紫外）；Al+SiO（SiO2、Al2O3）（可见红外波段）银（Ag):在可见和红外波段都具有高的反射率；倾斜使用时，引入的偏振效应小。暴露于空气中极易氧化而失去光泽；与玻璃、SiO、MgF2等附着力较差。解决办法：Al2O3+Ag+Al2O3+SiOx

与基底之间的过渡层与保护层之间的过渡层2.2.1金属高反膜金（Au):在红外波段的反射率很高，常用作红外反射镜；与玻璃的附着力较差，常用Cr\Ni作为过渡层。解决方法：Ni(Ni-Cr)+Au+(一对TiO2/SiO2)或Bi2O3与基底之间的过渡层保护层*金属反射膜的光谱特性AuAgAlCu1*金属反射膜的特点A.高反射区宽；

B.偏振效应轻微；

C.膜层与基底附着性能差距很大：

Al与玻璃附着力强；

Au，Ag与玻璃附着力差；

D.膜层化学稳定性差，易被环境气体腐蚀；

E.机械性能差——软。优点缺点*2.2.2介质高反射膜在基底上沉积一层高折射率的薄膜，可有效地提高反射率。ns=1.52n1=2.15n0n0单层膜可实现的高反射率一般不会超过50%。*(1).周期性膜堆(HL)的反射率入射光在光疏媒质中前进，遇到光密媒质界面反射时，在反射过程中产生半波损失

-π-π-3π-3πHLH0123K-1K-kπ-kπH...…反射干涉加强:….r0r1r2r3

……rk-1rkk奇数k偶数

G/(HL)SH/A

G/(HL)s/A

G/(LH)SL/A

G/(LH)s/A周期性膜堆(HL)-高反射率？-另一种解释*膜系：G/(HL)SH/A=G/H(LH)S/A,中心波长为λ0，此时有：垂直入射时中心波长λ0的反射率为：高反射膜基本结构：

G/(HL)SH/A.

G/(LH)SL/A.

吸收小(2).高反射膜基本结构*2△g：随着层数的增加，反射率稳定增加的高反射带。*G/(HL)4H/AG/(HL)８H/AG/(HL)16H/AG/(HL)32H/A*(3).周期性膜堆(HL)s的高反射带(位置)由两层膜组成的基本周期的多层膜的特征矩阵为：每个基本周期(HL)的特征矩阵为：*重要结论满足：

的波长λ位于高反射带内；高反射带以g=1,3,5,．．为中心，半宽度为△ｇ的一系列波数区间．的波长λ位于高透射带内；高透射带以g=2,4,6,．．．为中心的一系列波数区间．的波长λ是高反射带与高透射带的拐点波长，即：截止波长。*(HL)SH

周期性多层膜的光谱特性

——透、反射光谱是相对波数的周期函数

a.在波段，高透、高反带相间周期出现；在波段，不再有高反带出现。

b.高反带中心波数为1，3，5,……;高透带中心波数为2，4，6，.…..。*(4).周期性膜堆(HL)s的高反射带(宽度)令：可得满足δ的方程为：*结论（1）：在膜料一定的情况下，所有高反射带的波数宽度相等；令高反射带的边界为：高反射带的波数宽度:设截止波长为λe,相应的位相厚度为δe.**结论（2）：高反射带的波数宽度仅仅与两种膜料的折射率有关；折射率差值越大，高反射带越宽。*结论（3）：各高反射带的波长宽度并不相等，波数越大对应的高反射带波长宽度越窄。波数g表示的高反射区：1±Δg；1-Δg~1+Δg3±Δg；3-Δg~3+Δg5±Δg；5-Δg~5+Δg…...波长宽度相应的波长范围：高反射带的波长宽度:**A.当时,

当时，注意:B.只与有关,

而还与高反射带的中心波长有关。即:*

由得:

显然,,；S，。说明:由于工艺原因,实用的高反射膜系G/H(LH)S/A,其与G/(LH)S/A膜系有完全相同的通带，高反射带和带宽；只是

稍有差别.(5).G/(LH)S/A膜系高反带中心波长的Rk奇数k偶数G/H(LH)S/A*(当a<<1时)If1/Y=a,thenG/(HL)sH/AG/(LH)sL/A反射率和透射率*1).多个中心波长不同的(HL)S膜堆迭加。

例：G/H1(LH)17(LH)27/A,

这两个膜堆所用材料相同，中心波长分别为

和形成覆盖全可见光区的宽带高反射。(6).高反射带的展宽*Gl0.8[H(LH)7]1.2[H(LH)7]lA,Gl0.8[H(LH)7]L1.2[H(LH)7]lA,两个高反射膜堆都是奇数层*G/0.9[H(LH)4]1.1[H(LH)4]/A*G/0.9[H(LH)4]L1.1[H(LH)4]/A*例