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1、光学薄膜的设计理论第1页，共47页，编辑于2022年，星期四单一界面光斜入射NN1S偏振光(TE波)：电场强度E垂直于入射面P偏振光(TM波)：电场强度E垂直于入射面第2页，共47页，编辑于2022年，星期四2.1.单一界面反射率与透射率第3页，共47页，编辑于2022年，星期四第4页，共47页，编辑于2022年，星期四 单层膜的特征矩阵单层膜的特征矩阵由公式：由公式：第5页，共47页，编辑于2022年，星期四 单层膜的反射单层膜的反射单层膜的反射率为：单层膜的反射率为：这样就把单层膜的问题等效成了单一界面的问题，而不是用多次干涉的方法。第6页，共47页，编辑于2022年，星期四/2和和/4的
2、光学厚度的光学厚度当膜层的光学厚度为/2时时当膜层的光学厚度为/4时时第7页，共47页，编辑于2022年，星期四 多层膜的反射多层膜的反射将这一结果推广到多层膜将这一结果推广到多层膜：薄膜的特征矩阵的行列式等于薄膜的特征矩阵的行列式等于1第8页，共47页，编辑于2022年，星期四第三章、光学薄膜器件设计光学薄膜设计理论 矢量作图法，有效界面法，对称膜系等效层典型光学薄膜系统的设计 减反射膜、高反射膜、中性分束膜 截止滤光片、带通滤光片、偏振分束膜、消偏振膜第9页，共47页，编辑于2022年，星期四2022/9/30引言：光学薄膜设计的个基本问题正问题：已知多层介质膜的结构参数计算其光学性质，利
3、用特征矩阵方法可进行精密计算；即使上百层薄膜在宽光谱范围内反射和透射特性都可以瞬间完成；反问题设计具有一定光学性质的多层介质膜结构；基本膜系的选择优化设计考虑工艺；本章重点介绍几种常用的光学薄膜设计理论第10页，共47页，编辑于2022年，星期四3.1 矢量作图法条件：(1)膜层数比较少；(2)膜层没有吸收；(3)只考虑入射波在每个界面上的单次反射，忽略 界面上的多次反射优点：(1)虽然是近似计算，但是对大多数减反射膜误差足够小；(2)矢量法计算简便、直观第11页，共47页，编辑于2022年，星期四基本原理和模型如果忽略膜层内的多次反射，则合成的振幅反射系数由每一层界面的反射系数的矢量和确定。
4、每个界面的反射系数都连带着一个特点的相位滞后，它对应于光波从入射表面透射到该表面又回到入射表面的过程：第12页，共47页，编辑于2022年，星期四界面振幅反射系数如果忽略膜层的吸收，则各个界面的振幅反射系数均为实数第13页，共47页，编辑于2022年，星期四各层薄膜的位相厚度第14页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法的基本步骤首先计算各个界面的振幅反射系数和各层的位相厚度；把各个矢量按比例画在同一张极坐标图上；按三角形法则求合成矢量；求得的合矢量的模即为膜系的振幅反射系数，辐角就是反射光位相变化，而能量反射率就是振幅反射系数的平方；第15页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作
5、图法的约定第16页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法举例第17页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法举例计算振幅反射系数第18页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法举例计算矢量之间夹角第19页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法举例矢量合成（400nm)第20页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法举例矢量合成（520nm)第21页，共47页，编辑于2022年，星期四矢量作图法光倾斜入射第22页，共47页，编辑于2022年，星期四3.2 有效界面法(菲涅耳系数法）第23页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法物理模型第24页，共47页，
6、编辑于2022年，星期四有效界面法分析方法第25页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法分析方法第26页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法基本思想第27页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法基本思想第28页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法分析方法第29页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法分析方法第30页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法分析方法第31页，共47页，编辑于2022年，星期四有效界面法带通滤光片T=1:sin2=0,R1=R2T极小值：则sin2=提高陡峭度：F越大越好，即提高R1和R2第32页，共47页，编辑于2
7、022年，星期四3.3 对称膜系的等效层前面前面第33页，共47页，编辑于2022年，星期四单层膜特性矩阵的特点第34页，共47页，编辑于2022年，星期四单层膜特性矩阵的特点第35页，共47页，编辑于2022年，星期四多层膜特性矩阵的特点第36页，共47页，编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的特征第37页，共47页，编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的特征第38页，共47页，编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的特征第39页，共47页，编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的特征第40页，共47页，编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的特征第41页，共47页，
8、编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的讨论第42页，共47页，编辑于2022年，星期四对称膜系(PQP)的讨论第43页，共47页，编辑于2022年，星期四周期性对称膜系第44页，共47页，编辑于2022年，星期四周期性对称膜系第45页，共47页，编辑于2022年，星期四周期性对称膜系第46页，共47页，编辑于2022年，星期四.4 导纳图解技术任意一个光学薄膜系统都可以用一等效界面来表示，其反射、透射和位相特性由介质的导纳和等效界面的组合导纳确定；基本上任一层薄膜的作用都可看作是改变等效界面的导纳，从而改变了薄膜系统的光学特性；因此，如能形象的表示出等效导纳变化轨迹，将有助于直观的分析薄膜系统的特性及其变化，这就是所谓的导纳轨迹图解技术；第47页，共47页，编辑于2022年，星期四