物理光学17 第十七次课、薄膜光学基础

《物理光学17 第十七次课、薄膜光学基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十七次课、薄膜光学基础一、单层膜的分光特性(二、双层消反膜)(三、多层增反膜)内容1n1=1n2=1.596%的光透射n1=1通过两个界面后，92%的光透射比较复杂的光学系统中光能的损失将是比较严重的，例如八个折射率为1.5的透镜并列组成的光学系统，沿着系统中轴传播的光能反射损失就大约达到48%。对于现代更加复杂的光学系统(如变焦距物镜包括十多个透镜)来说，可想而知，光能的反射损失就更严重了。所以必须消除或者减少反射。有效的解决办法就是在玻璃零件表面镀制起增透(减反射)作用的薄膜。2i3dAi1i2BCDER1ER2ER3ER4E0n1n2n3ET1ET2ET3ET4GF

2、一．单层膜的分光特性上表面相邻两束光的位相差：…………上表面各光波的复振幅为：其中，r21=-r12在无吸收的情况下3i3dAi1i2BCDER1ER2ER3ER4E0n1n2n3ET1ET2ET3ET4GF下表面相邻两束光的位相差：下表面各光波的复振幅为：…………4和透射系数：(2)单层薄膜反射率：(3)于是得到单层薄膜反射系数：(1)单层薄膜透射率：(4)由(3)和(4)式得：R+T=1(5)上式是在薄膜无吸收的情况下的结果。5在正入射的情况下，i1=i2=i3=0，则有：(7)(8)(3)(1)(6)(9)6n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2

3、=1.38单层膜的(d)曲线图7(1)、n1n2>n3)(10)(12)(11)位相厚度(3)(13)光学厚度8(15)(16a)(10)(14)(16b)这样的膜层称之为消反膜或增透膜。消反射条件9n2=3n2=2n2=1.7n2=1.23n2=1.35n2=1.38单层膜的(d)曲线图10(2)、n1n3(或n1>n2

4、.35n2=1.38称具有这样光学厚度的薄膜为四分之一波长膜。单层膜的折射率大(小)于周围媒质的折射率时，四分之一波长膜是高反膜；单层膜的折射率处于两种周围媒质折射率之间时，四分之一波长膜是增透膜。13根据上面的讨论，无论单层膜的折射率大(小)于周围媒质的折射率还是处于两种周围媒质折射率之间，当薄膜是半波长膜时，反射率和不存在单层膜时的反射率相同。允许N=0仅是理论上的讨论。但N=0相当于实际上没有镀膜，所以对于半波长膜实际上N的取值应该从1开始，即最薄的膜厚(光学厚度)应该是：称具有这样光学厚度的薄膜为半波长膜。n2=1.7n2=3n2=2n2=1.23n2=1.38n2

5、=1.3514在斜入射的情况下，入射光要分别按p偏振光和s偏振光来考虑。由第七次课的知识可知，(7)式和(8)式中的nj(j=1，2，3)分别用对应的等效折射率来表示。对于s偏振光为：njcosij(j=1，2，3)对于p偏振光为：nj/cosij(j=1，2，3)在正入射的情况下，i1=i2=i3=0，则有：(7)(8)(3)(1)(6)15以上是针对单层膜的讨论。但是，单层膜往往达不到特殊要求，这就要求采用多层膜，例如用双层、三层以及层数更多的膜系。进行理论分析设计的方法有很多，如递推法(鲁阿德法)、干涉矩阵法、菲涅耳系数矩阵法，瓦失切克法等等。16薄膜在现代尖端科学技

6、术领域中有着广泛的应用，薄膜有很多种类，应用于光学领域的起分光作用的薄膜称为光学薄膜。有关薄膜的理论和研制技术已构成现代光学的一个新的分支领域——薄膜光学。常见的光学薄膜有金属薄膜和透明介质膜等。光学薄膜起着分光作用，不但有单层膜，更多的是多层膜，因此镀制在光学零件表面上光学薄膜本身就构成一个分系统，可简称为薄膜系统。根据方才的讨论可知，光学薄膜的工作原理和光学性质可以用多光束干涉理论来分析，但与法布里-珀罗干涉仪的情况不同，不但要记入第一束反射光，还要考虑薄膜两侧媒质的折射率不相同，把媒质分为入射媒质、薄膜媒质和基底媒质三部分。本次课仅仅讲了光学薄膜的最基础知识，没有涉及

7、薄膜光学的设计理论、工艺技术和太具体的应用，仅在物理光学的框架内，着重阐述多光束干涉理论在光学薄膜内的用途。作业：3.29、3.3017