光學薄膜基礎知識光是什么？光是一種電磁波，（在真空中的）可見光波長范圍是700~400nm

；紅外光為約700

到107nm量級;紫外光1-400nm；比紫外光短的還有X射線、γ射線（<0.001nm）等；而比紅外長的就是我們熟悉的無線電波第二頁，共62頁。什么叫光的干涉？物理定義：

當2個或多個光波（光束）在空間疊加時，在疊加區域內出現的各點強度穩定的強弱分布現象。產生的條件：1、光波產生的相位差固定不變2、光波的振幅不能相互垂直3、光波的頻率要一致第三頁，共62頁。什么叫做光學薄膜？所謂光學薄膜，首先它應該是薄的然后它應該會產生一定光學效應的那么要薄到什么程度呢？定性的講：它的厚度應該和入射光波長可以相 比擬的物理意義上講：能引起光的干涉現象的膜層第四頁，共62頁。與鍍膜技術密切相關的產業眼鏡鍍膜----AR幕墻玻璃----AR濾光片液晶領域----ITO膜車燈、冷光鏡、舞臺燈光濾光片光通信領域：DWDM、光纖薄膜器件紅外膜激光領域----激光反射腔高反射膜CD、DVD驅動器投影顯示數碼領域第五頁，共62頁。光學薄膜在光學系統中的作用提高光學效率、減少雜光。如高效減反射膜、高反射膜。實現光束的調整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根據不同需要進行能量再分配的光學元件。通過波長的選擇性透過提高系統信噪比。如窄帶及帶通濾光片、長波通、短波通濾光片。實現某些特定功能。如ITO透明導電膜、保護膜等第六頁，共62頁。當前最熱門的應用領域1、數碼相機用的IR-CUT2、投影顯示光學系統----包括LCD、DLP、 LCOS3、光通訊：DWDM(densewavelenghdivisionmultiplexer)濾光片4、減反射膜----永遠的熱門第七頁，共62頁。

一、光學薄膜的類型第八頁，共62頁。我們根據其作用，可以簡單的分為1、減反射膜或者叫增透膜2、分束膜3、反射膜4、濾光片5、其他特殊應用的膜第九頁，共62頁。一、減反膜1、減反膜的作用增加光學系統透過率減少雜散光提高象質增加作用距離第十頁，共62頁。一、減反膜2、減反膜按層數分類單層減反膜第十一頁，共62頁。雙層減反膜一、減反膜第十二頁，共62頁。多層減反膜一、減反膜第十三頁，共62頁。一、減反膜3、另一種分類單點減反寬波段減反（超寬波段）雙波段減反寬角度減反第十四頁，共62頁。減反膜幾個重要的技術指標使用的波段使用的角度或者角度范圍剩余反射率要求使用環境在激光領域還有激光閾值要求第十五頁，共62頁。二、分束膜 一般來講，分束膜總是傾斜使用，常用的是45度。分束膜有兩種：中性分束膜（也就是一般講的消偏振NPBS）、偏振分束膜（也就是通常講的PBS）。 中性分束鏡有兩種結構：平板型和棱鏡型。而PBS一般都用棱鏡。平板結構由于不可避免的象散問題所以只用于中低要求的光學裝置。第十六頁，共62頁。二、分束膜正確錯誤NPBSPBS第十七頁，共62頁。二、分束膜 分束膜根據鍍膜材料還有金屬分束鏡和介質分束鏡兩種。 兩種分束鏡各有各的優缺點，可以根據不同的使用要求和工藝水平采用不同的類型。第十八頁，共62頁。二、分束膜金屬分束鏡的優缺點優點：中性好，光譜范圍寬、偏振效 應小、制作簡單缺點：吸收大、激光閾值低使用注意事項：光的入射方向第十九頁，共62頁。二、分束膜介質分束鏡的優缺點優點：吸收小，幾乎可以忽略缺點：光譜范圍窄、偏振分離明 顯、角度效應明顯第二十頁，共62頁。二、分束膜兩類分束鏡的曲線第二十一頁，共62頁。三、濾光片 一般我們把改變光束性質或者顏色的膜叫做濾光膜。 常見的有： 1、干涉截止濾光片 2、帶通濾光片 3、金屬濾光片 4、負濾光片第二十二頁，共62頁。三、濾光片1、干涉截止濾光片 要求某一波長范圍的光束高透，而偏離這一區域的光束驟然變為截止------我們把這中類型的膜叫干涉截止濾光片。此類膜有著廣泛的用途，例如照明上用的冷光碗上的冷光膜、舞廳里色彩變幻的旋轉燈以及我們在做的IR-CUT都屬于此類。

第二十三頁，共62頁。1．透射曲線開始上升(或下降)時的波長以及此曲線上升(或下降)的許可斜率2．高透射帶的光譜寬度、平均透射率以及在此透射帶內許可的最小透射率3．具有低透射率的反射帶(抑制帶)的光譜寬度以及在此范圍內所許可的最大透射率。干涉截止濾光片的幾個重要指標第二十四頁，共62頁。干涉截止濾光片的分類 可以分為長波通和短波通兩類，見下圖第二十五頁，共62頁。四、帶通濾光片 從光學薄膜的角度來講，最有意義的進展是1899年出現的法布里-珀珞干涉儀。它是干涉帶通濾光片的一種基本結構。而自從1940年出現金屬-介質濾光片以來，它已經在光學、光譜學、激光、天文物理學等各個領域得到了廣泛的應用。第二十六頁，共62頁。四、帶通濾光片法布里—珀珞的結構第二十七頁，共62頁。四、帶通濾光片帶通的主要參數λ0——中心波長，或峰值波長Tmax——中心波長透射率，或，峰值透射率2⊿λ——透過率為峰值透過率一半的波長寬度，也稱通帶半寬度，有時也用2⊿λ/λ0表示相對半寬度第二十八頁，共62頁。四、帶通濾光片根據膜層的不同，可分為金屬濾光片全介質濾光片雙半波、三半波全介質濾光片金屬誘導透射濾光片第二十九頁，共62頁。第三十頁，共62頁。第三十一頁，共62頁。介質帶通濾光片的結構為：介質反射膜/間隔層/介質反射膜/間隔層/介質反射膜．但是濾光片也可以是混合結構，例如用一層金屬膜如銀膜代替兩間隔之間的介質反射膜形式如下：介質反射膜/間隔層/金屬膜/間隔層/介質反射膜這是金屬誘導透射濾光片的基本形式這種濾光片的最大好處：長波無次峰、透射率較高金屬誘導透射濾光片第三十二頁，共62頁。第三十三頁，共62頁。五、反射膜在光學薄膜中，反射膜和增透膜幾乎同樣重要。對于光學儀器中的反射系統來說，一般單純金屬膜的特性大都已經滿足常用要求。在某些應用中，要求更高的反射率則可用金屬增強鏡。而全介質多層反射膜，由于這種反射膜具有最大的反射率和最小的吸收率因而在激光應用和一些高要求的系統中得到了廣泛的使用。第三十四頁，共62頁。五、反射膜金屬膜材料的選擇原則先考慮使用波段要求反射率要求使用環境制作成本等常用有Al、Ag、Au、Pt第三十五頁，共62頁。五、反射膜鋁：最常用，紫外、可見、紅外銀：反射率最高，穩定性差金：紅外常用、穩定鉑、銠：穩定、堅固第三十六頁，共62頁。五、反射膜

理論上只要增加膜系的層數反射率可無限地接近于100%，實際上由于膜層中的吸收、散射損失，當膜系達到一定層數時繼續加鍍兩層并不能提高其反率，有時甚至由于吸收、散射損失的增加而使反射率下降因此膜系中的吸收和散射損耗限制了介質膜系的最大層數。全介質反射鏡第三十七頁，共62頁。5\7\9\17層反射膜光譜由上圖可以看出最高反射率隨層數增加，而反射帶寬并不增加第三十八頁，共62頁。光學薄膜的類型與符號1.減反膜2.濾光膜3保護膜4內反射5外反射6高反膜7分束膜8分色膜9偏振膜10導電膜第三十九頁，共62頁。光學薄膜的依附體——基板第四十頁，共62頁。光學上常用的基板一、玻璃----在光學應用上最重要二、陶瓷三、光學晶體四、光學塑料（如PC、PMMA等）五、金屬第四十一頁，共62頁。一、玻璃玻璃可以分為：1、普通玻璃2、無色光學玻璃3、有色光學玻璃4、特殊玻璃等第四十二頁，共62頁。1、無色光學玻璃的分類

根據化學成分，無色光學玻璃可以分為兩類：1、冕牌玻璃----K帶頭的玻璃，折射率n較小，色散系數大，可分為氟冕（FK）、磷冕（PK）、輕冕（QK）、鋇冕（BaK）、重冕（ZK）、鑭冕（LaK）、特冕（TK）等；2、火石玻璃----F帶頭的玻璃，折射率n較大。色散系數大，可分為冕火石（KF）、輕火石（QF）、鋇火石（BaF）、重火石（ZF）、鑭H火石（LaF）等。共有160多種之多。第四十三頁，共62頁。1、nd----指587.7nm(氦黃線)處的折射率；2、nD----指589.3nm(鈉黃線)處的折射率；3、相對色散（阿貝數）υd、

υD----由nf(486.1nm)和nc(656.3nm)確定：υd=(nd-1)/(nf-nc)υD=(nD-1)/(nf-nc)無色光學玻璃一些技術指標第四十四頁，共62頁。玻璃按下列各項質量指標分類和分級：a.折射率、色散系數與標準數值的允許差值；b.同一比中，折射率及色散系數的一致性；c.光學均勻性；d.應力雙折射；e.條紋度；f.氣泡度；g.光吸收系數；h.耐輻射性能（N系列玻璃）。無色光學玻璃的分級第四十五頁，共62頁。根據折射率與標準數值的允許差值，玻璃按表3分為6類。類別折射率nd允許差值類別折射率nd允許差值00±2×10-42±7×10-40±3×10-43±10×10-41±5×10-44±20×10-4第四十六頁，共62頁。玻璃的光學均勻性以一塊玻璃中各部位間的折射率微差最大值△nmax表示時，按下表分為4類。類別折射率最大微差，△nmaxH1±2×10-6H2±5×10-6H3±1×10-5H4±2×10-5

第四十七頁，共62頁。2、有色玻璃它主要是濾光作用，有時候替代鍍膜有時候和薄膜組合。按照著色原理可以分為膠態著色和離子著色有色玻璃兩類。通過加入不同的吸收離子我們可以得到各種各樣顏色的玻璃。我們在用的藍玻璃就是一種有色玻璃，HOYA叫CM5000，肖特叫BG38、BG39等，國際、國內均有一些專業的有色玻璃生產商。第四十八頁，共62頁。有色玻璃和鍍膜在曲線上的區別第四十九頁，共62頁。3、普通玻璃如青板玻璃由于加了0.08~0.12%的氧化鐵；二階、三階鐵分別在1100nm和380nm處構成吸收帶，吸收了部分紅光和青光；它的折射率n=1.515。白板玻璃、超白玻璃等均要歸入此列。第五十頁，共62頁。4、特殊玻璃特殊玻璃可以包括A、耐輻射玻璃B、石英玻璃C、隔熱玻璃D、微晶玻璃E、耐熱玻璃F、硬質玻璃等。第五十一頁，共62頁。二、光學塑料塑料是一種以合成樹脂或天然樹脂(一般為高分子聚合物)為基本成分，在加工過程中，可塑制成型，產品最終能保持形狀不變的材料。光學塑料乃是一種可以與玻璃競爭的透明塑料。它具有一定的光學特性、機械特性和化學特性，能滿足光學零件的要求，從而逐漸構成光學三大基本材料之—(玻璃、光學晶體和光學塑料)。塑料是什么？第五十二頁，共62頁。1、光學塑料的應用

目前，光學塑料的應用大致分為三大類：A、塑料透鏡(包括工業、儀器用透鏡、眼鏡、接觸眼鏡、非球面透鏡、棱鏡和菲涅耳透鏡等)；B、光盤及光學纖維；C、其它功能性光學塑料元件。其應用范圍、越來越第五十三頁，共62頁。2、常見的光學塑料在世界范圍內，光學塑料品種已有上百種，但真正用到工業開發，應用面廣的品種并不多，據統計約十多種，如PMMA、PS、PC、SAN、CR一39、TPX等。各種文獻中報道的新品種非常多，日本就有了s—16、KT一153、TS一26等。最近日本開發出了一種聚烯經樹脂，是用作光盤的新材料，它的相對密度小，僅1.01，耐熱性好(Tg為140℃)，透光率為90％，可見光學塑料的發展日新月異。第五十四頁，共62頁。3、光學塑料的類型

據受熱后的性能變化，光學塑料可分為兩大類：熱塑性光學塑料：熱塑性塑料是指可以多次反復加熱仍有可塑性的塑料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PS)均屬熱塑性塑料。熱固性光學塑料：熱團性塑料是由加熱固化的合成樹胳制成的塑料，常見的如CR一39樹脂鏡片，環氧光學塑料。第五十五頁，共62頁。4、光學塑料的優勢A、成型方便，成本低（約為玻璃的1/10~1/30B、耐沖擊強度高（光學塑料的沖擊強度可達25×103N·m／m2，比光學玻璃大10倍．經得起撞擊和跌落，不易破損）C、相對密度?。汗鈱W塑料的相對密度為0.83—1．46，而玻璃的相對密度為2.5一3.0即塑料比玻璃輕一倍，這對軍用光學儀器有特殊意義。D、透光率好（可見區和玻璃一樣，在紫外和紅外區比玻璃好）第五十六頁，共62頁。5、光學塑料的缺點①拆射率溫度梯度大．約為2×10-4／℃，對于光學系統來說是特別不利的；②熱膨脹系數比玻璃大10倍左右；③導熱性和耐熱性差，軟化溫度低，易變形，加熱時會變形和分解；⑦不耐有機溶劑。⑧耐磨性差，⑥吸濕性嚴重；⑦光學塑料的折射率和色傲系數沒有玻璃寬，因此，選用的余地受限制。第五十七頁，共62頁。三、光學晶體晶族晶系特征軸單位軸角低族晶系三斜a0≠b0≠c0α0≠

β0≠

γ0≠

90°單軸a0≠b0≠c0α0=

γ0=

90°，β0≠90°正交a0≠b0≠c0α0=

β0=

γ0=

90°中級晶系四方a0=b0≠c0α0=

β0=

γ0=

90°六方a0=b0≠c0α0=

β0=90°，γ0=

120°三方a0=b0=c0α0=

β0=

γ0≠

90立方晶系