薄膜光学6.ppt

1、薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,复习：,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,介质分光镜于金属分光镜的比较 中性 角度、偏振 带宽 其它,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,反 射 膜,在光学薄膜中，反射膜和增透膜几乎同样重要， 对于光学仪器中的反射统来说，由于单纯金属膜的特性大都已经满足常用要求，因而我们首先讨论金属反射 膜，在某些应用中，若要求的反射率高于金属膜所能达到的数值则可在金属膜上加额外的介质膜以提高它们的反射率， 最后介绍全介质多层反射膜，由于这种反射膜具有最大的反射率和最小的吸收率因而在激光应用中得到了广泛的使用。,金属反射膜,

2、光线入射到金属上的反射率：,当金属膜厚度达到一定程度的时候，基底的影响可以忽略，在一个比较大的范围内反射率与厚度是基本无关的。,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,下图为1、2、4、8、16、32、64、128nm铝膜反射率的理论曲线,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,金属的色散,薄 膜 光 学典型膜系,金属反射镜,武汉新时代激光科技有限公司,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,金属膜材料的选择,原则: 先考虑使用波段要求 反射率要求 使用环境 制作成本等 Al、Ag、Au、Pt,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,金属膜材料的

3、选择,铝：最常用，紫外、可见、红外 银：反射率最高，稳定性差 金：红外常用、稳定 铂、铑：稳定、坚固,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,金属膜的制作工艺,温度、速度、厚度、真空度、蒸发角度 连接层（内、外反射） 保护层（透明波段）,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,复杂的系统往往要求有足够的能量，右图是一个完全由反射镜组成的系统的能量情况,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,增强金属反射镜,单一金属膜,我们在上面加两层1/4波长厚度的介质膜，假设紧贴金属的膜层折射率为n2，则在中心波长处的反射率可以由薄膜矩阵求得。,薄 膜 光 学典型膜系,武

4、汉新时代激光科技有限公司,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,当n1n2时 比较两个反射率R*R,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,Ag膜、Al膜及Al+LHLH膜光谱比较,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,全介质反射膜,金属反射镜的吸收是始终存在的，使它在很多场合不能 应用，如有些高能激光膜，这时候需要全介质高反膜。我们知道：由H/L高低介质重复叠加可以对某一波段进行高反射。如（HL)sH/Glass结构的导纳：,由反射率公式可知：S越大，反射率越大；nH/nL越大，反射越大。,薄 膜 光 学基础理论,武汉新时代激光科技有限公司,HLH导纳

5、轨迹,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,理论上只要增加膜系的层数反射率可无限地接近于100%， 实际上由于膜层中的吸收、散射损失，当膜系达到一定层数时继续加镀两层并不能提高其反率，有时甚至由于吸收、散射损失的增加而使反射率下降因此膜系中的吸收和散射损耗限制了介质膜系的最大层数。,全介质反射膜,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,57917层反射膜光谱,由上图可以看出最高反射率随层数增加，而反射带宽并不增加,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,对于(HL)s型的反射膜我们试图通过分析它的基本周期来确定反射带宽。基本周期HL特征矩阵设为：,反射带宽

6、的确定,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,则膜系的特征矩阵：,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,可 证明当周期数增大，s趋近无限大时,这时反射率随层数增加而增加，所以在反射区内，当它小于1 时反射率随层数关系不确定，故不是反射区，所以：,是反射区的边界,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,HL的矩阵:,H、L都是1/4波长,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,相位厚度：,中心波长处高反带的边界,反射带宽与H、L的折射率有关,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,用相对波数表示带宽：,用波长表示带宽：,薄 膜 光

7、学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,同样道理，在1/3、1/5、1/7、1/9处的反射带边界为：,波长带宽,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,横坐标为波数（1/cm),横坐标为波长（nm）,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,全介质反射膜的展宽,有些场合标准的反射膜反射带宽是不够用的，例如想用全介质的反射膜在整个可见区高反射，由于材料的限制，一组HL)SH反射带宽是不够的。,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,两组反射膜,G/(HL)8H/Air和G/1.2(HL)8H)/Air的两个膜系,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,简单的叠加不行,G/(HLHLHLHLHLHLHLH)+1.2(HLHLHLHLHLHLH/Air G/(HLHLHLHLHLHLHLH)+1.1L+1.2(HLHLHLHLHLHLH/Air,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,全介质反射膜反射带展宽,两个以上的标准反射膜系的叠加 变厚度薄膜： 算术递减 几何递减：稍好,薄 膜 光 学典型膜系,武汉新时代激光科技有限公司,材料：ZnS