光学薄膜膜系设计21课件2.ppt

第三章 光学薄膜膜系设计1、减反射薄膜的设计•光学元件表面反射造成的问题光学元件表面反射造成的问题–光能量损失，使像的亮度降低；光能量损失，使像的亮度降低；–杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降杂散光造成像的衬度降低，分辨率下降第三章 光学薄膜膜系设计•1、减反射薄膜的设计、减反射薄膜的设计•2、高反膜的设计、高反膜的设计•3、中心分束膜的设计、中心分束膜的设计•4、截至滤光片的设计、截至滤光片的设计•5、带通滤光片的设计、带通滤光片的设计•6、偏振薄膜、偏振薄膜1、减反射薄膜的设计•1.1 单层减反射薄膜的设计单层减反射薄膜的设计•1.2 双层减反射薄膜的设计双层减反射薄膜的设计•1.3 多层减反射薄膜的设计多层减反射薄膜的设计•1.4 高折射率基地上减反膜设计高折射率基地上减反膜设计•1.5 防眩光吸收膜防眩光吸收膜1.1 单层减反射薄膜的设计单层减反射薄膜的设计•规整膜系：各层薄膜的光学厚度为设计波规整膜系：各层薄膜的光学厚度为设计波长的四分之一长的四分之一•设计波长（参考波长、中心波长）设计波长（参考波长、中心波长）•膜系：膜系：G/HLM/A，， •G代表基底代表基底•H（（L、、M）代表高（低、中）折射率膜层）代表高（低、中）折射率膜层并且光学厚度为设计波长的四分之一并且光学厚度为设计波长的四分之一•A代表出设介质（一般为空气）代表出设介质（一般为空气）1.1 单层减反射薄膜的设计单层减反射薄膜的设计例子•折射率为1.52的玻璃，要在波长500纳米处垂直入射. 得到零反射率，需要做什么样的膜层，也就是如何选择折射率和薄膜的光学厚度？缺点：缺点：1、、 剩余反射率还太高；剩余反射率还太高； 2、破坏色平衡、破坏色平衡单层减反射膜单层减反射膜G/L/A1.52/1.38/11.2 双层减反射薄膜的设计双层减反射薄膜的设计1.521.71.3811.381.2 双层减反射薄膜的设计双层减反射薄膜的设计缺点：缺点：1、剩余反射率还太高、剩余反射率还太高 2、破坏色平衡、破坏色平衡 3、通带越来越窄（和单层膜、通带越来越窄（和单层膜 比较）比较）V型双层减反射膜型双层减反射膜G/HL/A1.52/1.7,1.38/11.2 双层减反射薄膜的设计双层减反射薄膜的设计• 1.521.71.3811.381.7A. 与与 无关。

无关 即即: B. 存在存在 C. D. 特点特点: 可得到可得到W形透射光谱曲线形透射光谱曲线1.2 双层减反射薄膜的设计双层减反射薄膜的设计W型双层减反射膜型双层减反射膜G/HHL/A缺点：明显的反射峰（中心波长）缺点：明显的反射峰（中心波长）1.3 三层减反射薄膜的设计三层减反射薄膜的设计11.382.051.62R1R21.52三层减反射膜三层减反射膜G/MHHL/AG/M2HL/A 下图是此膜系的一条可能的下图是此膜系的一条可能的 曲线 注意：注意：在薄膜光学中，为了使一次具体的计算结在薄膜光学中，为了使一次具体的计算结果不被局限在一个特定的波段，引入了一个中间变量果不被局限在一个特定的波段，引入了一个中间变量——相对波数相对波数 ，，  a. 对对 g=1 ，三层膜中有一层虚设层，三层膜中有一层虚设层2H，致使对，致使对λ0的有效膜堆是的有效膜堆是 显然，此值小于显然，此值小于 膜堆的膜堆的R值值 ；； b. 对对g≠1的其它相当宽的波数段，的其它相当宽的波数段，R值比任何一值比任何一种两层膜都低。

种两层膜都低各层膜参数对膜系总体性能的影响规律各层膜参数对膜系总体性能的影响规律　　　　a. 改变改变(N2 d2)，可使，可使Tmax移到不同的波长；移到不同的波长； b. 改变改变N1 、、 N3 、、 d1 、、 d3 、、中任何一个，中任何一个，可改变减反射带宽（波段宽度）和可改变减反射带宽（波段宽度）和T-λ曲线波形曲线波形 四层和四层以上增透膜的设计四层和四层以上增透膜的设计•通常遇到的问题：通常遇到的问题：–a. 三层膜系的增透波段不够宽，或三层膜系的增透波段不够宽，或剩余反射率还太高；剩余反射率还太高；– b. 满足设计要求的三种材料无法找满足设计要求的三种材料无法找全 解决的办法解决的办法 a. 在在2H层两侧增加新膜层每加一层，应对可能层两侧增加新膜层每加一层，应对可能的组合进行计算对比，直至满足要求；的组合进行计算对比，直至满足要求； b. 以以 两种材料为基础，按照先简后繁的原两种材料为基础，按照先简后繁的原则：则：“用两层厚用两层厚 的的H.L替代替代M层层”；；“用不等厚的用不等厚的H.L替代替代M层层”；；“用对称（不一定等厚）的三层膜用对称（不一定等厚）的三层膜LHL替代替代M层层”；直到满足要求。

直到满足要求 •C 替代层技术替代层技术•等效定律等效定律–任意一个周期性对称膜系都存在一个单层膜任意一个周期性对称膜系都存在一个单层膜与之等效与之等效–等效折射率就是基本周期的等效折射率；等等效折射率就是基本周期的等效折射率；等效相位厚度等于基本周期的等效相位厚度的效相位厚度等于基本周期的等效相位厚度的周期数倍周期数倍光学薄膜膜系的计算机优化光学薄膜膜系的计算机优化•优化一个可达到指标的最少层数的优化一个可达到指标的最少层数的1/4膜系结构；膜系结构；•用三层对称膜系合成折射率不易实用三层对称膜系合成折射率不易实现的膜层；现的膜层；•再次优化膜层厚度，以补偿合成所再次优化膜层厚度，以补偿合成所带来的特性下降带来的特性下降•K9/MH1H2H3L/A nM=1.63, nH1=1.95, nH2=2.32, nH3=1.87,NL=1.38•nH1=1.95 0.379H20.215L0.379H2•nH3=1.87 0.288L0.384H20.288L•K9/M 0.379H20.215L0.379H2 H2 0.288L0.384H20.288L L/A•K9/1.14M 0.364H20.21L2.63H2 0.253L0.368H21.14 L/A1.4 高折射率基底的减反射膜高折射率基底的减反射膜•递减法递减法•膜层厚度均为膜层厚度均为1/4波长；波长；•折射率从基底到空气依次减小；折射率从基底到空气依次减小；•K层膜实现层膜实现k个波长位置的零反射；个波长位置的零反射；•反射点的波长位置分别为：反射点的波长位置分别为：1.5 防眩光吸收膜防眩光吸收膜 有吸收的减反射薄膜有吸收的减反射薄膜LCD玻璃玻璃作业•P 81 , 2.1 2.2 题。