1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上薄膜原理與技術(shù)課程作業(yè)楊帥授課教師：蔣玉蓉薄膜原理與技術(shù)課程作業(yè)一、簡(jiǎn)述寬帶減反射膜在光學(xué)儀器中的作用，并設(shè)計(jì)如下膜系：入射介質(zhì)1；出射介質(zhì)1.52；入射角；參考波長(zhǎng)580nm；設(shè)計(jì)要求：400440nm光譜段反射率小于2%；440640nm光譜段反射率小于0.5；640700nm光譜段反射率小于2%。 減反膜的作用：減少介質(zhì)間界面反射。界面反射會(huì)引起光學(xué)系統(tǒng)的光能量損失；加劇光學(xué)系統(tǒng)的雜散光干擾，加大系統(tǒng)噪聲；在高功率激光系統(tǒng)中，界面反射可能引起反激光，損傷光學(xué)元件，所以為減少光能損耗，提高成像質(zhì)量，照相機(jī)、電視機(jī)、顯微鏡等等中的光學(xué)鏡頭都鍍有減反膜。為盡量減弱反激

2、光，高功率激光系統(tǒng)中的透射光學(xué)元件表面也鍍減反膜。 膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：二、設(shè)計(jì)帶通濾光片：入射介質(zhì)1.52；出射介質(zhì)1.52；入射角；中心波長(zhǎng)550nm；中心波長(zhǎng)透過(guò)率，通帶半寬度小于5nm。膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：三、設(shè)計(jì)一個(gè)中性分光膜： 入射介質(zhì)1.0；出射介質(zhì)1.52；入射角；440640nm光譜段。膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：四、簡(jiǎn)述干涉截止濾光片通帶波紋產(chǎn)生的原因及消除方法并設(shè)計(jì)如下要求分色鏡：入射介質(zhì)1，出射介質(zhì)1.52，入射角，截至波長(zhǎng)，在 在。產(chǎn)生波紋的原因：1.等效光學(xué)導(dǎo)納失配（波紋的幅度）（R1-R20）。2.等效位相厚度隨波長(zhǎng)變化。波紋消除方法：選取適當(dāng)?shù)哪は担沟迷谕干鋷?nèi)的等效

3、折射率等于基質(zhì)的折射率即使R1=R2。1.改變基本周期的膜層厚度，使等效折射率更接近于預(yù)期值。同樣要求基片折射率要低，反射損耗小。這種方法對(duì)于可見光可以，紅外區(qū)損耗較大。2.在多層膜的每一側(cè)加鍍匹配層（/4層），使它與基質(zhì)以及入射介質(zhì)匹配。插入層相當(dāng)于多層膜界面的減反膜。膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：五、簡(jiǎn)述光電極值法監(jiān)控原理及其監(jiān)控精度提高的措施。 監(jiān)控原理：由多光束干涉原理可知，膜系反射率呈周期性變化，當(dāng)膜層的光學(xué)厚度為監(jiān)控波長(zhǎng)的四分之一整數(shù)倍時(shí)反射率出現(xiàn)極值。利用膜層沉積過(guò)程中反射率（或透射率）隨膜厚變化的這種規(guī)律，通過(guò)光電膜厚監(jiān)控儀測(cè)沉淀過(guò)程中反射率（或透射率）出現(xiàn)的極值點(diǎn)，來(lái)監(jiān)控四分之一波長(zhǎng)的

4、整數(shù)倍的膜系。 精度提高的措施：硬件設(shè)備的改進(jìn)，如采用雙光路光強(qiáng)信號(hào)測(cè)量透反射率值代替光路測(cè)量值來(lái)監(jiān)控膜厚，可克服由于光波動(dòng)及探測(cè)器波動(dòng)、漂移帶來(lái)的的影響：引入過(guò)正控制技術(shù)，即利用兩極值點(diǎn)間的監(jiān)控精度高于極值點(diǎn)的監(jiān)控精度的特點(diǎn)，將停鍍點(diǎn)移到極值點(diǎn)之后，根據(jù)鍍膜檢測(cè)過(guò)程中各層膜極值點(diǎn)的偏移量來(lái)修正理論計(jì)算的過(guò)正量，提高監(jiān)控精度。六、簡(jiǎn)述薄膜微觀結(jié)構(gòu)的特征及其表征方法，介紹一種薄膜微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)原理。特征： 呈現(xiàn)柱狀加空穴結(jié)構(gòu)；柱狀幾乎垂直與基板表面生長(zhǎng)，而且上下端尺寸幾乎相同；層與層之間有明顯的界限，上層柱體與下層柱體并不完全連續(xù)。薄膜微觀結(jié)構(gòu)中還有很晶體缺陷。X-射線光電子能譜 （XPS）原理：

5、 其原理是用X射線去輻射樣品，使原子或分子的內(nèi)層電子或價(jià)電子受激發(fā)射出來(lái)。被光子激發(fā)出來(lái)的電子稱為光電子。可以測(cè)量光電子的能量， 不同元素種類、不同元素價(jià)態(tài)、不同電子層(1s, 2s, 2p等)所產(chǎn)生的能量即XPS不同。以光電子的動(dòng)能為橫坐標(biāo)，相對(duì)強(qiáng)度（脈沖/s）為縱坐標(biāo)可做出光電子能譜圖。從而獲得試樣有關(guān)信息。 被激發(fā)的電子能量可用下式表示：KE = hv - BE - FspecFspec= 譜學(xué)功函數(shù)或電子反沖能譜學(xué)功函數(shù)極小，可略去， 得到 KE = hv - BE七、介紹光學(xué)薄膜在通訊行業(yè)或顯示器產(chǎn)業(yè)中的一種應(yīng)用。 光學(xué)薄膜技術(shù)一直是光學(xué)領(lǐng)域中不可忽略重要基礎(chǔ)技術(shù)，而且品質(zhì)要求也越來(lái)

6、越高，加上近年來(lái)在資訊顯示及光通訊科技快速發(fā)展之下，不論是在顯示設(shè)備中分、合色元件，又或是在光通訊主、被動(dòng)元件開發(fā)制程上，薄膜制造技術(shù)都是不可忽略重要技術(shù)。在顯示器技術(shù)、光通訊技術(shù)、生醫(yī)光電技術(shù)上，薄膜技術(shù)有其決定性的影響。 光學(xué)薄膜與鍍膜技術(shù)的應(yīng)用從精密光學(xué)設(shè)備、顯示器設(shè)備到日常生活中的光學(xué)薄膜的應(yīng)用都比較廣泛。比方說(shuō)，平時(shí)戴的眼鏡、數(shù)位相機(jī)、各式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術(shù)，皆能被稱之為光學(xué)薄膜技術(shù)應(yīng)用的延伸。倘若沒(méi)有光學(xué)薄膜技術(shù)作為發(fā)展基礎(chǔ)，近代光電、通訊或是雷射技術(shù)發(fā)展速度，將無(wú)法有所進(jìn)展，這也顯示出光學(xué)薄膜技術(shù)研究發(fā)展重要性。 一般來(lái)說(shuō)，要使用多層薄膜時(shí)，必須根據(jù)設(shè)計(jì)者需求，借用

7、高低折射率薄膜堆疊技術(shù)，做為各類型光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)之用，才能達(dá)到事先預(yù)期后評(píng)估的光學(xué)特性。比方說(shuō)：減反射鏡、高反射鏡、分光鏡、截止濾光鏡、帶通濾光鏡、帶止濾光鏡等；而在電腦分析軟、硬體發(fā)展健全的今日，不僅使光學(xué)薄膜在設(shè)計(jì)上變得更為便捷，且光學(xué)薄膜技術(shù)研究發(fā)展也將更為快速。 就目前設(shè)計(jì)端而言，若以合理特性范圍來(lái)考量，光學(xué)薄膜制作門檻已經(jīng)降低不少，技術(shù)困難點(diǎn)也很少出現(xiàn)，通常只要在合理要求范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)者不難發(fā)出適用的光學(xué)多層膜結(jié)構(gòu)。不過(guò)，光學(xué)薄膜最主要關(guān)鍵問(wèn)題，在于薄膜鍍膜工藝技術(shù)的改善。這關(guān)系到要如何精準(zhǔn)地掌控每一層薄膜厚度與折射率，才能獲得預(yù)期光學(xué)性質(zhì)和機(jī)械特性，甚至在制造量產(chǎn)化及成本降低都有其助

8、益。另外，包括：薄膜材料開發(fā)（包括：材料測(cè)試、化學(xué)純度、材料創(chuàng)新、材料型式）、先進(jìn)鍍膜技術(shù)開發(fā)（包括：真空鍍膜機(jī)、監(jiān)控技術(shù)）及薄膜的量測(cè)分析（膜層設(shè)計(jì)、厚度誤差分析技巧）等，都是光學(xué)薄膜工程上所要面對(duì)到的首要課題。 不過(guò)，在光學(xué)薄膜技術(shù)應(yīng)用上，由于技術(shù)本身被歸納為廣泛應(yīng)用性質(zhì)，不容易以某一或單一產(chǎn)品作為載具并加以區(qū)分；因此，光學(xué)薄膜產(chǎn)品技術(shù)，最終應(yīng)用則是在許多光學(xué)元件上，若以光學(xué)元件各個(gè)相關(guān)應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)探究，更可看出主要附加價(jià)值與相關(guān)性。 人們對(duì)于顯示器畫面尺寸及影像品質(zhì)及輻射量多少的要求日漸嚴(yán)苛，顯示器尺寸也從14吋、20吋、29吋、32吋，變到了更大尺寸，顯示屏也從CRT屏幕發(fā)展到LCD屏幕

9、或投影屏幕。因?yàn)槌^(guò)40吋CRT顯示器動(dòng)輒超過(guò)100公斤、厚度也超過(guò)35吋；因此，在一般CRT顯示器生產(chǎn)過(guò)程中，40吋以上就是一個(gè)技術(shù)瓶頸。目前要打破尺寸瓶頸技術(shù)，就是利用投影技術(shù)來(lái)達(dá)成，借用光學(xué)技術(shù)放大顯示器尺寸，使其機(jī)身厚度變薄，體積變得更為輕盈。 對(duì)于投影機(jī)產(chǎn)業(yè)而言，必須快速對(duì)應(yīng)到燈源進(jìn)步程度，以及更高亮度、對(duì)比度、體積更小、重量更輕等要求。揭開投影機(jī)顯示技術(shù)中重要光學(xué)關(guān)鍵零組件，就像是光學(xué)引擎、光閥、偏光轉(zhuǎn)換器等開發(fā)技術(shù)，對(duì)投影顯示技術(shù)中的影像品質(zhì)有著關(guān)鍵性影響。舉例來(lái)說(shuō)，在光學(xué)引擎的偏振分光稜鏡便是光學(xué)引擎中，不可或缺的光學(xué)元件，其可見光波要求在420680nm范圍（入射角范圍約30

10、°之內(nèi)），才能大幅度地分開p偏振光及s偏振光，并維持p偏振光穿透率Tp90以上及消光比達(dá)到Tp/Ts500以上，這是因?yàn)橄獗仍礁呒癟p穿透率也就越高，影像對(duì)比度才會(huì)更好，色彩一致性越高，獲得較高的光能利用率。 在光學(xué)引擎中要用到大量偏振、分光及濾光元件，這些都需要依賴光學(xué)薄膜、鍍膜技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)這些元件鍍膜技術(shù)要求層級(jí)很高，導(dǎo)致生產(chǎn)困難度加大。一般來(lái)說(shuō)，目前發(fā)展投影機(jī)技術(shù)，包括：LCD、DLP（MEMS）、LCOS數(shù)種發(fā)展技術(shù)。影像成形技術(shù)，則分為穿透式LCD及反射式DLP、LCOS，而在投影機(jī)系統(tǒng)中，便需要運(yùn)用光學(xué)薄膜濾光片新的開發(fā)技術(shù)，從而達(dá)到最佳影像品質(zhì)。對(duì)于投影機(jī)產(chǎn)業(yè)而言，為了迎合燈源技術(shù)，以及更高亮度、對(duì)比度、體積更小、重量更輕等要求，對(duì)于其中所使用的各式光學(xué)元件都必須有相對(duì)應(yīng)解決方法。而為了達(dá)到需求，這對(duì)光學(xué)薄膜技術(shù)來(lái)說(shuō)，已不能單純使用傳統(tǒng)的整數(shù)膜堆設(shè)計(jì)來(lái)完成，非整數(shù)膜堆設(shè)計(jì)必要時(shí)也要能被大量采用。不過(guò)，對(duì)非整數(shù)膜堆技術(shù)而言，除了先天上設(shè)計(jì)的困難性之外，在