《第五章-光学薄膜系统的设计(二)ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章-光学薄膜系统的设计(二)ppt课件.ppt（34页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高反射膜的设计高反射膜的设计金属反射镜金属反射镜金属反射膜的常见材料金属反射膜的常见材料:铝铝(Al),银银(Ag),金金(Au),铜铜(Cu)分类：分类：金属反射镜、金属金属反射镜、金属- -介质反射镜、多层介质高反射镜介质反射镜、多层介质高反射镜我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 紫外到红外都有很高反射率的唯一材料紫外到红外都有很高反射率的唯一材料 铝膜表
2、面在空气中能生成一层薄的铝膜表面在空气中能生成一层薄的Al2O3 层，膜层牢层，膜层牢固、稳定固、稳定 铝膜也常用铝膜也常用Al2O3作保护层，但是如果铝膜用来作紫外作保护层，但是如果铝膜用来作紫外反射镜，则不用反射镜，则不用Al2O3和和SiO作保护层作保护层, 而用而用MgF2或或LiF铝膜铝膜 高反射率铝膜在制备工艺上，首先应该选用高纯度的铝，高反射率铝膜在制备工艺上，首先应该选用高纯度的铝，以很高的沉积速率沉积到冷基片（温度低于以很高的沉积速率沉积到冷基片（温度低于100C）上，）上，同时真空度应高于同时真空度应高于10-4Pa。另一方面，保护膜的制备工艺也影响反射镜的反射率另一方面，
3、保护膜的制备工艺也影响反射镜的反射率我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物覆盖有覆盖有25nm厚厚MgF2的铝膜在的铝膜在121.6nm处处的反射率随的反射率随MgF2蒸蒸发速率的变化关系发速率的变化关系覆盖有覆盖有25nm厚厚MgF2的铝膜在的铝膜在MgF2蒸发蒸发速率为速率为0.8nm/s和和4.5 nm/s时的反射率时的反射率我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 可见和红外区有很高的反射率可见
4、和红外区有很高的反射率 倾斜使用时偏振效应最小倾斜使用时偏振效应最小 与基片的附着力很差与基片的附着力很差 作前表面镀层时，易于受到硫化物影响失去光泽，若作前表面镀层时，易于受到硫化物影响失去光泽，若用用SiOx或或MgF2作保护膜，它们与银膜附着也很差。作保护膜，它们与银膜附着也很差。银膜银膜改善银膜附着力和保护银膜表面新途径：在衬底上先制改善银膜附着力和保护银膜表面新途径：在衬底上先制备备Al2O3缓冲层，在缓冲层，在Ag膜表面制备膜表面制备Al2O3+SiOx层层我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一
5、个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金膜金膜 红外区有很高的反射率，常作红外反射镜红外区有很高的反射率，常作红外反射镜 强度与稳定性比银膜好强度与稳定性比银膜好 与玻璃基片的附着力较差，常用金属铬膜作为缓冲层与玻璃基片的附着力较差，常用金属铬膜作为缓冲层其他金属反射镜其他金属反射镜：铑：铑(Rh)，铂，铂(Pt)反射率远低于其他金属反射镜，只在对腐蚀有特殊要反射率远低于其他金属反射镜，只在对腐蚀有特殊要求情况下使用求情况下使用我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一
6、个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金属金属- -介质高反膜介质高反膜采用金属采用金属- -介质组合膜系作高反射膜的目的：介质组合膜系作高反射膜的目的： 提高金属膜层的反射率，常用方案是加提高金属膜层的反射率，常用方案是加(LH)S介质膜堆介质膜堆提高衬底与金属膜之间附着力的缓冲层提高衬底与金属膜之间附着力的缓冲层保护形式：保护形式：金属的复折射率为金属的复折射率为n-ik，则单层金属膜的反射率为，则单层金属膜的反射率为22222)1()1(11knknikniknR 对金属膜层的保护对金属膜层的保护在金属膜表面提高硬度的保护层在金属膜表面提高硬度的保护
7、层我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如果在金属膜上加镀折射率分别为如果在金属膜上加镀折射率分别为n1和和n2的两层的两层 0/4厚介质膜，并且厚介质膜，并且n2材料紧贴金属膜，垂直入射时，波材料紧贴金属膜，垂直入射时，波长长 0的导纳为的导纳为242122212421222122212212)/()/(1)/()/(11111knnnnnknnnnniknnniknnnYYR则垂直入射时，其反射率为则垂直入射时，其反射率为)(221iknnnY我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它
8、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物改进后铝膜的反射率曲线改进后铝膜的反射率曲线在在(n1/n2)21情况下，上式得到的反射率比纯金属反射率情况下，上式得到的反射率比纯金属反射率大，而且大，而且n1/n2比值越大，反射率增加越多。如果再镀多比值越大，反射率增加越多。如果再镀多个同样周期的介质膜，反射率将会进一步提高。不过这个同样周期的介质膜，反射率将会进一步提高。不过这种提高只是部分区域的。种提高只是部分区域的。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生
9、物多层介质高反射镜多层介质高反射镜若干反射镜串置的光学系统总的透射率若干反射镜串置的光学系统总的透射率我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物激光陀螺仪谐振腔激光陀螺仪谐振腔我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物基片折射率为基片折射率为ng，镀光学厚度为，镀光学厚度为
10、0/4的高折射率的高折射率(n1)膜层膜层后，由于膜层上下界面的反射光同位相，所以反射率增后，由于膜层上下界面的反射光同位相，所以反射率增加。加。n0n1ng对中心波长对中心波长, , 单层膜和基片组合的导纳为单层膜和基片组合的导纳为gnn21则垂直入射的反射率为：则垂直入射的反射率为：2210210200/ggnnnnnnnnRn 介质高反射膜的原理介质高反射膜的原理我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如果如果nH、nL分别是高低折射率层的折射率，并使介质膜系两边为高折射率分别是高低折射率层的
11、折射率，并使介质膜系两边为高折射率层，每层的厚度为层，每层的厚度为 0/4,即即 ，对中心波长，对中心波长 0 ，导纳为，导纳为 ALHHGs)(gHsLHnnnnY22在空气中垂直入射时，中心波长在空气中垂直入射时，中心波长 0 0处的反射率为处的反射率为22222)/()/(1)/()/(1gHsLHgHsLHnnnnnnnnRnH/nL或 s R如果如果1)/()/(22gHsLHnnnn)/()/(4122HgsHLnnnnR理论上，只要增加膜系的层数，反射率可无限接近100%，但是当膜系的反射率很高时，额外增加膜系的层数，并不能反射率，有时反而下降。 ？我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐
12、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物400500600700020406080100 R/%wavelength/nm5915透明基片透明基片(ng=1.52)上由上由 0/4厚的高厚的高(1.8)、低、低(1.49)折折射率材料介质交替堆积而成的中心波长射率材料介质交替堆积而成的中心波长532nm的反的反射镜的反射率曲线，其周期数分别为射镜的反射率曲线，其周期数分别为5，9，15，25我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n
13、介质高反射带宽的计算介质高反射带宽的计算假设多层膜由假设多层膜由s个重复的周期构成，而基本周期由任意所需层数（现个重复的周期构成，而基本周期由任意所需层数（现以以2层为例）的膜组成，基本周期的特征矩阵为层为例）的膜组成，基本周期的特征矩阵为Mcossinsincoscossinsincos22211211HHLLinniinnimmmmMsM则多层膜的特征矩阵为：则多层膜的特征矩阵为：经过计算，我们发现膜系的透射带和反射带由经过计算，我们发现膜系的透射带和反射带由 确定。确定。）（221121mm1)212211mm（满足条件的波长，位于反射带内1)212211mm（满足条件的波长，位于反射带
14、外1)212211mm（所以反射带由所以反射带由决定，其对应的波长称为决定，其对应的波长称为截止波长截止波长我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物222211sin21cos)21HLLHnnnnmm（假设截止波长对应的位相厚度为假设截止波长对应的位相厚度为 e，1sin21cos22eHLLHennnn22cosLHLHennnn又g224200)1 (2ge)2(sincos22ge1)212211mm（则根据则根据)(sin21LHLHnnnng高反射带边界高反射带边界对应对应位相对应对应位
15、相我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高反射带的宽度，仅仅同多层膜的材料折射率有关，折射率比值越大，反射带越宽。)(sin21LHLHnnnng所以，用相对波数g表示的高反射区域为gg11至相应的波长范围为：g101g102高反射膜的波长带宽为：000211ggg我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物多层膜的高反射带宽同膜料折射率比值的关系多层膜的高反射带宽同膜料折射率比值的关系我吓了一跳，蝎子是多
16、么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物以上讨论的为主反射带，即各层厚度为反射带中心波长的以上讨论的为主反射带，即各层厚度为反射带中心波长的1/4, 若若各层厚度为各层厚度为1/4 波长的奇数倍，则在这一波长上也存在高反射带，波长的奇数倍，则在这一波长上也存在高反射带，如果主反射带中心波长为如果主反射带中心波长为 0，那么以，那么以 0/3, 0/5, 0/7等为中心等为中心,同样同样存在着高反射带，各高反射带的波数宽度相同存在着高反射带，各高反射带的波数宽度相同2g，但是各高反，但是各高反射区的波长宽度是不同的，级次
17、越高，波长宽度越窄。射区的波长宽度是不同的，级次越高，波长宽度越窄。 反射率和相对波数的关系反射率和相对波数的关系我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物500100015002000020406080100 R/%wavelength/nm因而要制备窄带高反膜，除选择折射率比小的两种材料外，还可以因而要制备窄带高反膜，除选择折射率比小的两种材料外，还可以选用较高级次的反射带，以选用较高级次的反射带，以3 0, 5 0等作为控制波长等作为控制波长以上没有考虑薄膜材料的色散，实际中各种材料的色散是不一
18、样以上没有考虑薄膜材料的色散，实际中各种材料的色散是不一样的，尽管几何厚度相同，但是对不同波长，光学厚度略有不同，的，尽管几何厚度相同，但是对不同波长，光学厚度略有不同，因此实际中要作适当修正。因此实际中要作适当修正。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n 非等厚周期膜系非等厚周期膜系任意周期膜系都存在反射带和透射带，出现反射带的必要条件是任意周期膜系都存在反射带和透射带，出现反射带的必要条件是2qdnii即基本周期的各层薄膜的光学厚度之和是中心波长的即基本周期的各层薄膜的光学厚度之和是中心波长
19、的1/21/2整数倍，整数倍，但是上述条件不是充分条件，对于那些波长，尽管基本周期的膜但是上述条件不是充分条件，对于那些波长，尽管基本周期的膜层厚度之和是他们的层厚度之和是他们的1/2,1/2,然而只要各层薄膜厚度是他们的然而只要各层薄膜厚度是他们的1/21/2整数倍，整数倍，那么各层都是虚设层，基本周期和整个膜系都形同虚设，于是这那么各层都是虚设层，基本周期和整个膜系都形同虚设，于是这些波长对应的是透射带，而不是反射带。些波长对应的是透射带，而不是反射带。（1）1:1膜堆膜堆AHLGm)(基本周期的膜层厚度之和为基本周期的膜层厚度之和为244000nd可能出现反射带的中心波长满足条件可能出现
20、反射带的中心波长满足条件q/0，3 , 2 , 1q我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物，6 , 4 , 2q，6/, 4/, 2/000当当虚设层虚设层实际反射带中心波长在实际反射带中心波长在，7/, 5/, 3/000（2）2:1膜堆膜堆ALHGm)3234(AHLGm)3234(或或基本周期的膜层厚度之和为基本周期的膜层厚度之和为2432434000nd可能出现反射带的中心波长满足条件可能出现反射带的中心波长满足条件q/0，3 , 2 , 1q，9 , 6 , 3q，9/, 6/, 3/0
21、00当当虚设层虚设层我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（3）3:1膜堆膜堆ALHGm)2123(AHLGm)2123(或或基本周期的膜层厚度之和为基本周期的膜层厚度之和为2421423000nd可能出现反射带的中心波长满足条件可能出现反射带的中心波长满足条件q/0，3 , 2 , 1q，12, 8 , 4q，12/, 8/, 4/000当当虚设层虚设层等厚与非等厚周期膜系的特性比较等厚与非等厚周期膜系的特性比较 膜堆的高反射带对于膜堆的高反射带对于g = 1,3, g = 1,3, 等是对称的
22、，而非等厚的周期膜系等是对称的，而非等厚的周期膜系不一定具有对称性不一定具有对称性对于相同的折射率材料，对于相同的折射率材料，1/41/4膜堆的反射带宽比任何非等厚的周期膜堆的反射带宽比任何非等厚的周期膜系宽度大，对膜系宽度大，对1/41/4膜堆的反射带宽度有简单的解析表达式，而非膜堆的反射带宽度有简单的解析表达式，而非等厚的周期膜系很难给出一般的解析表达式等厚的周期膜系很难给出一般的解析表达式对于给定的膜层数和折射率值以及给定的干涉级次，对于给定的膜层数和折射率值以及给定的干涉级次，1/41/4膜堆具有膜堆具有最高反射率最高反射率我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个
23、美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n 高反射带的展宽高反射带的展宽 /4膜堆得到的高反射区仅决定于膜层折射率，而面前有膜堆得到的高反射区仅决定于膜层折射率，而面前有实用价值的材料中，可见区折射率最大的实用价值的材料中，可见区折射率最大的2.6，最小的，最小的1.35，红外区最大的也不过，红外区最大的也不过6.0，因此反射带的宽度是非，因此反射带的宽度是非常有限的。实际应用中，高反射带宽不能满足要求，需常有限的。实际应用中，高反射带宽不能满足要求，需进一步展宽。进一步展宽。展宽高反射带的方法展宽高反射带的方法 使膜系相继各层的厚度参差不齐，形成规则递增。其
24、使膜系相继各层的厚度参差不齐，形成规则递增。其目的在于确保对十分宽的区域内的任何波长目的在于确保对十分宽的区域内的任何波长 ，膜系，膜系中都有足够的膜层，其光学厚度接近中都有足够的膜层，其光学厚度接近 /4 ，以给出，以给出高的反射率。高的反射率。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高折射率材料高折射率材料ZnS , 低折射率材料低折射率材料MgF2，基片折射率
25、，基片折射率1.53，膜厚按算术级数递增和按几何级数递增的高反，膜厚按算术级数递增和按几何级数递增的高反射带宽射带宽(公差公差-0.02和公比和公比0.97)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物展宽反射带的另一个方法是在一个展宽反射带的另一个方法是在一个 /4多层膜上，迭加另一个多层膜上，迭加另一个中心波长不同的多层膜。（但必须注意的是，如果每个多层膜中心波长不同的多层膜。（但必须注意的是，如果每个多层膜都是由奇数层构成，并且最外层的折射率相同，那么叠加后将都是由奇数层构成，并且最外层的折射率相
26、同，那么叠加后将在展宽的高反射带中心出现透射率峰值。这是由于两个多层膜在展宽的高反射带中心出现透射率峰值。这是由于两个多层膜的作用象的作用象F-P腔的反射板。腔的反射板。2ba中心波长平均值处中心波长平均值处kba2/ )2(若满足若满足整个装置透射率为整个装置透射率为1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物, 2, 1, 02/ )2(qqba若使若使条件不满足，则可以消去透射峰，在两多层膜间加一层条件不满足，则可以消去透射峰，在两多层膜间加一层1/4平均波平均波长的低折射率层，便可简单得到这个
27、结果长的低折射率层，便可简单得到这个结果我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 用中心波长不同的两个对称周期膜堆跌加成单一膜用中心波长不同的两个对称周期膜堆跌加成单一膜系，同样能扩展高反射区，而不会在两个中心波长系，同样能扩展高反射区，而不会在两个中心波长的平均值处产生透射次峰的平均值处产生透射次峰mHLH)22(mLHL)22(或者或者我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 将其他形式的周期膜堆组合起来，也可以扩展高反将其他形式的周期膜堆组合起来，也可以扩展高反射区。射区。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物