0光学薄膜及其应用.ppt

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1、薄膜原理与技术,蒋玉蓉,68913073-802，18612039729,参考书目,1.唐晋发、顾培夫等，现代光学薄膜技术，浙江大学出版社，20062.卢进军、刘卫国等，光学薄膜技术，电子工业出版社，20113.唐晋发、顾培夫,薄膜光学与技术,机械工业出版社,1989 4.林永昌、卢维强，光学薄膜原理，国防工业出版社，19905.李正中，薄膜光学与镀膜技术，台湾艺轩图书出版社，20016.顾培夫,薄膜技术，浙江大学出版社,19907.H.K.Pulker,Coatings on Glass,Rlsevier 19849.H.A.Macleod,Thin Film Optical Filters

2、(2nd,3rd ed.),Adam Hilger,Bristol,1986,2002,图像融合需要红绿蓝滤光片,镜头炫光下造成画面的影响,镜头前镀膜减少炫光的产生,也強化了画面的明亮度,防眩光吸收膜,电磁波谱,什么是光学薄膜,Optical thin films,Optical coatings,Optical layers,光学薄膜是在光学元件上或独立基板上镀上特定的膜质来改变光波传递的特性。,一 课程介绍,当光在膜层中的干涉现象可被侦测到时，我们认为这层膜是薄的。,Q：薄膜有什么特点？,Q：那么要薄到什么程度呢？,光学薄膜由光的干涉作用达到效果,薄膜原理与技术课程目的：,折射率为152的

3、玻璃敷有折射率为1.38的氟化镁薄膜后，单面的反射损失可从4.2%减少到15%左右，例如7块平板系统镀膜后，在参考波长上总的透射率可近似地估计为：T(097)7807%未镀膜：T=(0.92)7=55.7%这比没有经过镀膜处理的系统提高了约25的透射能量,常用光学薄膜,单层 MgF2 增透膜,红外增透膜,1、增透膜,2、反射膜,3、分光膜,光学薄膜在光学系统中的作用,高反射镜,只取反射光，尽量减少透射光,减反射镜,减少光学元器件表面的反射光，提高透射光,双色分光镜原理图,偏振分光镜原理图,S,P,中性分光镜,分光镜,在某波段不透光而相邻的另一波段有很高的透射率的一种光学器件,截止滤光片,长波通

4、滤光片,短波通滤光片,实际应用：冷光镜、彩色分光膜等,带通滤光片,指某波段域内透射率很高而其两旁透射率甚低的滤光片,典型结构：Fabry-Perot型滤光片,Transmittance%,实际应用：光纤通讯行业，数码，投影仪等,Using Optic InfoBase,Adaptive Optics Atmospheric and Oceanic Optics Atomic and Molecular Physics Coherence and Statistical Optics Diffraction and Gratings Fiber Optics and Optical Commun

5、ications Fourier Optics and Signal Processing Geometric optics Holography Imaging Systems Instrumentation,Measurement,and Metrology Integrated Optics Laser Microfabrication Lasers and Laser Optics Materials Medical Optics and Biotechnology Metamaterials,Microscopy Nonlinear Optics Optical Design and

6、 Fabrication Optical Devices Optics at Surfaces Optoelectronics Photonic Crystals Physical Optics Quantum Optics Remote Sensing Scattering Sensors Solar Energy Spectroscopy Thin Films Ultrafast Optics,Topics in this Issue,4二十世纪七十年代,利用计算机进行膜系设计,1现象:薄膜现象及模仿应用,21873年麦克斯出版了巨著论电与磁奠定了分析薄膜光学问题的全部理论基础,3光学薄膜

7、的快速发展，1930年油扩散泵,二 薄膜光学发展的历史及现状,迄今已经形成独立的学科，成熟的技术，全自动的工业化生产,二十世纪八十年代，电子束蒸发技术的应用,二十世纪九十年代，离子镀膜技术,三 光学薄膜的原理：干涉,两束光产生干涉的条件：,频率相同,振动方向一致,位相相同或位相差恒定,光学薄膜有改变电磁波的路径的特性光学薄膜很薄时就会产生干涉，当光学薄膜很厚时就产生不了干涉当我们把很薄的膜组合起来就有很多新的特性产生.,薄膜的双光束干涉,如果先不考虑光在界面1、2上反射时的相位跃变，则当光程差为,时，将产生相长干涉；而当,时，将产生相消干涉。,四 薄膜光学的研究内容,R,T,（1）光学薄膜的结

8、构,（2）薄膜光学研究的基本内容：光在某种介质层中的传播规律：即反射率(R)、透射率（T）、相位（）、吸收率（A）、偏振（P）等特性。,（3）光学薄膜的基本分类,五 光学薄膜的应用,光学薄膜在光学系统中的作用：,提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、高反射膜。,实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。,通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。,实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等,与镀膜技术密切相关的产业,镀膜眼镜幕墙玻璃滤光片ITO膜车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片光通信领域：DWDM、光纤薄

9、膜器件红外膜投影显示,光学薄膜在液晶投影显示中的应用,光学薄膜在液晶投影显示中的应用,高效率的减反射膜与高反射膜,冷光镜及红外、紫外截止滤光片,偏振光转换用膜,分色与合色光学薄膜,液晶投影显示系统中，几乎所有的典型的光学薄膜都得到了应用。,光学薄膜在投影机上的各种应用,减反膜，偏振分光膜,高射反膜,减反膜，分色膜，截止带通滤光膜,冷反光镜:灯泡、液晶板、薄膜偏振片、位相片隔热等偏振片:PCS、预偏和偏振器,特别是宽角宽波段PBS截止滤光片:白光分成R,G,B或合成彩色图像；修饰颜色；色轮等AR Coatings:各种透光元件,在TIR棱镜中的宽角AR膜反射镜:各种反射元件,在光管中的大角度反射

10、镜消偏振膜:在Philips棱镜中的消偏振分色合色截止滤光片位相膜:补偿液晶板不同波长的相位差，提高对比度,薄膜在投影显示中的应用,DWDM filter 工作原理,光学薄膜在光通信领域的应用,以光通信中DWDM filter为代表的光学薄膜应用是目前光学薄膜技术最高水平的代表。,DWDM filter 主要技术指标,中心波长：1550nm;带宽4nm(100GHz),温漂：0.1nm/1000C,插入损耗：0.2db 透过率约为95%,隔离度高,DWDM filter 制作关键技术的解决,例如：解决无温漂、基板测温、低损耗,基底材料、镀膜材料温度监控：热像仪、激光测温工艺手段德国Leybol

11、d：APS源、电子枪日本Optorun：电子枪+离子辅助美国Ion-tech：离子束溅射,眼镜镜片：镜片材料主要是氧化物如二氧化硅，氧化镁，氧化锌，氧化铝，氧化钠，氧化钾等等。UV光学白片添加少量的氧化钛或氧化铈等吸收紫外线，最普遍防紫外线优质白色镜片光学玻璃成分中添加卤化银等化合物使镜片在紫外线照射下分解成银河卤素原子，颜色由浅变深。有色玻璃镜片主要是镀了不同的氧化物产生颜色起到一定的作用，如添加氧化锰，氧化铁，氧化镍等着茶色作太阳镜防眩光。,太阳能电池裸硅表面的反射率在30%以上 将电池表面腐蚀成绒面或者多孔状(增加光与半导体表面作用的次数,同时会使电池温度升高)镀上减反射膜(SiO2/S

12、nO2/TiO2/SiNx/SiCx等),ITO镀膜氧化铟锡（即Indium Tin Oxide,简称ITO）材料是一种n型半导体材料，在In2O3掺入SnO2.具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和化学稳定性液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、电致发光显示器（EL/OLED）、触摸屏（Touch Panel）、太阳能电池以及其它电子仪表的透明电极最常用的材料。,带有ITO薄膜层控制液晶的运动,镀膜玻璃,E值：辐射率。辐射率是指透过玻璃的远红外线与入射远红外线之比。辐射率越小，通过膜层反射回去的热量越多，隔热效果越好。K值（U值）：是指在稳定传热条件下，玻璃两侧空气温度差为

13、1时，单位时间内通过1平方米中空玻璃的传热量，以W/m2表示。K值越低，说明中空玻璃的保温隔热性能越好，节能效果越显著。G值：G值是太阳能获得值（遮荫系数）。它是用来衡量太阳能总透过率的量。南方地区要求G值越低越好，北方地区要求G值越高越好。,参数解释：,阳光控制膜,特点：1、造价高，抗磨损；2、颜色：银白色、蓝色、金色和棕色；3、透光度：8-20%；4、g值：0.2-0.3。,特点：1、造价高，抗磨损；2、颜色：银白色、灰 色、蓝色、绿色和棕色；3、透光度：8-40%；4、可钢化，且颜色不会变化。,欧洲市场流行的膜系,可热处理的膜系,标准Low-E膜,特点：1、透光度：83%；2、E值：0.

14、06；3、G值：0.550.6。,阳光Low-E膜,特点：1、透光度：48%；2、E值：0.1；3、G值：0.50.55,薄膜光学通过近几十年的发展，在以下方面都有了长足的进步：,但是，仍存在许多困难。我们这些在薄膜领域工作的人。在镀膜工艺曾经有过较多的一时难以解释的失败和教训，这些失败往往涉及已经充分研究过的、在一段时间内行之有效的技术对于诸如此类的困难，除了抱怨天气之外，往往以运气不佳为理由，人们甚至能在镀膜车间看到祈求好运的符标。,-麦克劳德,膜系设计薄膜材料测量技术薄膜制备，包括制备方法以及控制手段相关产业等等,光学薄膜的发展趋势,1.光学薄膜的理论已趋成熟，重点是设备和制备技术及检测技术的提高；2.新的应用开拓-象激光、光通讯等之类的重要应用；3.各种功能的光电子薄膜及器件，如光源、调制、放大、接收、显示、传感器等；4.从目前的一维薄膜向多维发展-光子晶体；5.薄膜的微小化，集成化，功能化-MEMS,MOEMS。,