現(xiàn)代光學(xué)薄膜技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：現(xiàn)代光學(xué)薄膜技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】薄膜光學(xué)；課程建設(shè)

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)人才培養(yǎng)的要求也在相應(yīng)提高，作為薄膜光學(xué)專業(yè)方向研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課，薄膜光學(xué)課程不但要求學(xué)生掌握薄膜光學(xué)基本理論，膜系設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)代光學(xué)薄膜進(jìn)展，薄膜科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)理論，還要求學(xué)生做到理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)課程的學(xué)習(xí)為今后從事光學(xué)薄膜研制工作打下堅(jiān)定的基礎(chǔ)?；谇笆稣n程的地位、作用、任務(wù)以及教學(xué)目的，結(jié)合研究生專業(yè)課程教學(xué)的特點(diǎn)，對(duì)薄膜光學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置及教學(xué)方法進(jìn)行探索，是建設(shè)好薄膜光學(xué)課程的關(guān)鍵。

2.研究生專業(yè)課程教學(xué)的特點(diǎn)

研究生通過(guò)四年大學(xué)生涯的錘煉，無(wú)論是從知識(shí)層次還是從知識(shí)量來(lái)講，都已大大超越剛進(jìn)校門的本科生，不但如此，對(duì)知識(shí)的接受能力、理解運(yùn)用以及動(dòng)手能力也得到明顯提高。同時(shí)，研究生的專業(yè)方向較本科生有極大的不同，專業(yè)方向更加細(xì)分，專業(yè)課程選修的學(xué)生較少。因此，研究生課程的教學(xué)有其獨(dú)特的一面，可以依據(jù)學(xué)生的知識(shí)內(nèi)涵，鼓勵(lì)學(xué)生參與到課程的教學(xué)過(guò)程中，寓學(xué)于教，不但讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)，還鍛煉學(xué)生的交流、傳授能力。

3.薄膜光學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

為貫徹從理論到實(shí)踐的課程設(shè)置指導(dǎo)思想，將課程內(nèi)容設(shè)置為四大塊：理論模塊、實(shí)用模塊、制備模塊、實(shí)踐模塊。

3.1 理論模塊

主要講述薄膜的基本理論及膜系的設(shè)計(jì)方法，分為兩章：

第一章 薄膜光學(xué)理論

內(nèi)容為：電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)、光學(xué)薄膜的光學(xué)特性計(jì)算、金屬薄膜光學(xué)、膜系的基本定理、非均勻膜、薄膜的形成和結(jié)構(gòu)等。

第二章 膜系設(shè)計(jì)方法

內(nèi)容為：解析方法設(shè)計(jì)、膜系自動(dòng)設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）。

3.2 實(shí)用模塊

從膜系的發(fā)展歷程，講述實(shí)用薄膜及有關(guān)膜系的誤差理論，分為兩章：

第三章 實(shí)用膜系

內(nèi)容為：增透膜；反射膜；分光鏡；濾光片；其它特殊膜系（保護(hù)膜，裝飾膜，電熱膜等）。

第四章 膜系誤差理論

內(nèi)容為：膜系誤差理論及誤差分析。

3.3 制備模塊

從如何制備薄膜出發(fā)，講述相關(guān)的工藝技術(shù)及設(shè)備，分為兩章：

第五章 工藝技術(shù)與設(shè)備

內(nèi)容為：真空技術(shù)、蒸鍍技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、鍍制完成后的變化與處理、薄膜的性能和測(cè)量等。

第六章 制備設(shè)備

內(nèi)容為：介紹制備薄膜的各種設(shè)備。

3.4 實(shí)踐模塊

從理論聯(lián)系實(shí)際出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)及鍍制分光鏡，由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組成：

實(shí)驗(yàn)一 設(shè)計(jì)膜系

設(shè)計(jì)膜系（利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)較佳膜系）。

實(shí)驗(yàn)二 制作分光鏡

利用電子鍍膜機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)膜系完成分光鏡的制作。

4.薄膜光學(xué)課程教學(xué)方法探索

從研究生自身的特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法。本課程共36個(gè)學(xué)時(shí)（18次課），除實(shí)踐課和考試外，課堂教學(xué)為30個(gè)學(xué)時(shí)，開(kāi)課時(shí)根據(jù)選課學(xué)生的數(shù)量，將課程內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單的部分拿出來(lái)，提出相應(yīng)的要求，讓學(xué)生根據(jù)自身對(duì)課程內(nèi)容的了解，選擇一個(gè)部分，查閱資料進(jìn)行準(zhǔn)備，到相關(guān)部分給學(xué)生半小時(shí)講述選擇的內(nèi)容，然后與其他同學(xué)一起講評(píng)。

5.效果評(píng)價(jià)

將課程內(nèi)容及全新的教學(xué)方法應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，不但讓學(xué)生學(xué)到了知識(shí)，還讓他們學(xué)會(huì)了如何備課講課，激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生反映良好，對(duì)同類課程的建設(shè)有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：現(xiàn)代光學(xué)薄膜技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：增透膜；干涉；增透膜材料；鍍膜技術(shù)

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-0118（2012）08-0021-02

一、光程及相差

光在媒質(zhì)中傳播時(shí)，光振動(dòng)的相位沿傳播方向逐點(diǎn)落后，以λ表示光在媒質(zhì)中的波長(zhǎng)，則通過(guò)路程r時(shí)，光振動(dòng)相位落后的值為：Δφ=2πrλ

同一頻率的光在不同媒質(zhì)中傳播時(shí)的波長(zhǎng)不同，以λ0光在真空中的波長(zhǎng)，以n表示媒質(zhì)的折射率，則有：λ=λ0n

將此關(guān)系代入上式中，可得：Δφ=2πnrλ0

此式右側(cè)表示光在真空中傳播路程nr時(shí)所引起的相位落后。由此可知，同一頻率的光在折射率為n的媒質(zhì)中通過(guò)r時(shí)引起的相位落后和在真空中通過(guò)nr的距離時(shí)引起的相位落后相同。這時(shí)nr就叫做與路程r相應(yīng)的光程。這樣的好處是可以統(tǒng)一用光在真空中波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算光的相位變化。相位和相位差的關(guān)系是：

相位=2π*光程差λ0

二、薄膜干涉

（一）等厚干涉

平?？吹降挠湍せ蚍试硪耗ぴ诎坠庹丈湎庐a(chǎn)生的彩色花紋就是薄膜干涉的結(jié)果。薄膜干涉之一是等厚干涉。

圖1

如圖1所示的裝置是一種薄膜干涉裝置，產(chǎn)生干涉的部件是一個(gè)放在空氣中的劈尖形狀的介質(zhì)薄片或膜，簡(jiǎn)稱劈尖。它的折射率是n，兩個(gè)表面是平面，其間有一個(gè)很小的夾角θ。實(shí)驗(yàn)時(shí)使平行的單色光近于垂直地入射到劈尖面上。分析劈尖面上A點(diǎn)入射的光線，此光線到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，光線的一部分被反射，成為反射光線1，另一部分則折射入介質(zhì)內(nèi)部，成為光線2，它到達(dá)介質(zhì)下表面時(shí)又被反射，然后再通過(guò)上表面透射出來(lái)（實(shí)際上，由于θ角很小，入射光，透射光和反射光線都幾乎重合）。因?yàn)榉瓷涔饩€1和光線2是同一入射光線，所以它們一定是相干光。

從劈尖上，下表面反射的光在上邊面附近相遇，發(fā)生干涉現(xiàn)象，因此在劈尖表面會(huì)看到干涉條紋，以e表示在入射點(diǎn)A處劈尖的厚度，則兩束相干的反射光在相遇時(shí)的光程差為：δ=2ne+λ2

此式前項(xiàng)是由于光線2在劈尖中經(jīng)過(guò)2e的幾何路程引起的，后項(xiàng)λ/2則是來(lái)自反射本身（由于劈尖相對(duì)于空氣是光密介質(zhì)，在劈尖的上表面反射時(shí)有半波損失，下表面反射時(shí)沒(méi)有，所以反射時(shí)的差別就引起了附加的光程差λ/2）。由于劈尖各處的厚度不同，所以光程差也不同，因而會(huì)產(chǎn)生干涉相長(zhǎng)或相消。干涉相長(zhǎng)產(chǎn)生明條紋的條件是：2ne+λ2=kλ k=1，2，3……

相消干涉產(chǎn)生暗條紋的條件是：2ne+λ2=（2k+1）λ2 k=0，1，2，3……

上兩式表明，每級(jí)明或暗條紋都與一定的膜厚度e相對(duì)應(yīng)。因此在介質(zhì)膜上表面的同一條等厚線上，都形成同一級(jí)次的一條干涉條紋。這厚線是一些平行于棱邊的直線，所以等厚條紋是一些與棱邊平行的明暗相間的直條紋。在工程中，常用這一原理檢驗(yàn)工件的平整度。

（二）等傾干涉

圖2

如圖2所示使一條光線斜入射到厚度為e的均勻平膜上，它在A點(diǎn)處也分成反射和折射兩部分光，折射的光在下表面反射后又從上表面射出。由于這樣形成的兩條相干光線是平行的，所以它們只能在無(wú)窮遠(yuǎn)處相交而發(fā)生干涉。在實(shí)驗(yàn)室中為了在有限遠(yuǎn)處觀察干涉條紋，就使這兩部分光線射到一個(gè)凸透鏡上，經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚，它們將相交于平面FF’上一點(diǎn)P而在此處發(fā)生干涉。下面分析光線1和光線2到達(dá)P點(diǎn)的光程差。

從折射光線AB反射后的射出點(diǎn)C做光線1的垂線CD。由于從C和D到P點(diǎn)的光線2和光線2的光程相等（透鏡不附加光程差），所以它們的光程差就是ABC和AD兩條光程的差。由圖可求的這一光程差為：δ=nAB+BC－AD+λ2

式中λ/2是半波損失附加的光程差。

由于 AB=BC=e/cosr,AD=AD*sini=2e*tanr*sini

利用折射定律知 sini=n*sinr

所以

δ=2n*AB－AD+λ2=2necosr－2e*tanr*sini+λ2

可得 δ=2ne*cosr+λ2或δ=2n*n2－sin2i+λ2

此式表明，光程差決定于傾角(i)，凡以相同傾角入射到厚度均勻的平膜上的光線，經(jīng)上下表面反射后產(chǎn)生的相干光束有相等的光程差，因而它們干涉相長(zhǎng)或相消的情況一樣。因此，這樣形成的干涉條紋稱為等傾條紋。

干涉相長(zhǎng)的條件是：δ=2n*n2－sin2i+λ2=kλ,k=1,2,3…

干涉相消的條件是：δ=2n*n2－sin2i+λ2=（2k+1）λ2 k=0，1,2,3…

以h表示介質(zhì)平膜的厚度，要使兩反射光相消需滿足的條件是：δ=2nh=（2k+1）λ2 ，k=0,1,2,3…

因而介質(zhì)膜最小厚度為k=0時(shí)，既：h=λ4n

由于反射光相消，所以透射光增強(qiáng)（即增加了透射光的能量）這樣的膜叫增透膜。為了減少反射光的能量損失，在光學(xué)儀器中常常應(yīng)用增透膜。所以增透膜是利用了薄膜等傾干涉的反射光線干涉相消原理。

三、研制和應(yīng)用

（一）增透膜材料

根據(jù)公式h=λ/4n知一定的膜厚只對(duì)應(yīng)于一種波長(zhǎng)的光，在照相機(jī)和助視光學(xué)儀器中，往往使膜厚對(duì)應(yīng)于人眼最敏感的波長(zhǎng)5500埃的黃綠光。以上的分析只考慮了反射光的相差對(duì)干涉的影響，實(shí)際上能否完全相消，還看兩反射光的振幅，如果再考慮到振幅，可以證明，當(dāng)反射光完全消除時(shí)，介質(zhì)的折射率應(yīng)滿足nc=nn0（n0表示空氣的折射率，n示光學(xué)器件的折射率，nc示增透膜的折射率），以n0=1，n=1.5計(jì)，nc應(yīng)為1.22。目前還未找到折射率這樣低的鍍膜材料，常用的最好的近似材料是=1.38的氟化鎂。因此，現(xiàn)在一般都用氟化鎂鍍制增透膜。

（二）鍍膜技術(shù)

目前，常用的鍍膜方法有真空蒸鍍、化學(xué)起相沉積、溶膠—凝膠鍍膜等方法。三者相比較，溶膠—凝膠鍍膜設(shè)備簡(jiǎn)單、能在常溫常壓下操作、膜層均勻性高、微觀結(jié)構(gòu)可控，適于不同形狀、尺寸的基片、能通過(guò)控制配方、制備工藝得到高激光破壞閾值的光學(xué)薄膜，已成為高功率激光薄膜的最具競(jìng)爭(zhēng)力的制備方法之一。

四、結(jié)論

由以上討論可知：增透膜增加透射光強(qiáng)度的實(shí)質(zhì)是利用利用了薄膜等傾干涉的反射光線干涉相消原理。反射光線相消減少了反射光的能量損失，從而增強(qiáng)了透射光的能量，增強(qiáng)了透射光。對(duì)于單層薄膜來(lái)說(shuō)，只對(duì)某一特定波長(zhǎng)光增透當(dāng)增為使在更大范圍內(nèi)和更多波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)增透，人們?cè)趯?shí)際中是利用多層介質(zhì)膜來(lái)制成高反射膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。人們對(duì)增透膜的利用有了很多的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了不少可以作為增透膜的材料；同時(shí)也掌握了不少先進(jìn)的鍍膜技術(shù)，因此增透膜的應(yīng)用涉及醫(yī)學(xué)、軍事、太空探索等各行各業(yè)，為人類科技進(jìn)步作出了重大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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