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薄膜色和增透膜

白光照射薄膜时，只有某些波长满足极大条件：

所以，反射光中各色光的组成比例与白光不同，从2

通过n 2介质膜的加入，使得从n 1介质到n 3介质的透射能量增加。

基本思路：使n 2介质膜的透射光达到干涉极大next

因为透射光干涉极大时，反射光刚好为干涉极小，

所以增透可以通过使反射达到干涉极小来实现。

增透膜是通过对薄膜的厚度和折射率的设计，使薄膜的透射光增强，反射光减弱。二、增透膜

光学厚度最薄是λ/4，对应的膜层叫λ2

对光程差的要求

②折射率的要求

要使反射光强为零，还需要控制各反射光束的强度，这就需要选择n 1 的取值。

可以证明，折射率应满足：

g 1n n n =next

得到这个结论考虑了所有反射光束之间的干涉：

1234

1'2'3'

n 0n 1n g

光学薄膜技术第二章课件

典型膜系介绍根据其作用可以将光学薄膜的类型简单的分为： 1、减反射膜或者叫增透膜 2、分束膜 3、反射膜 4、滤光片 5、其他特殊应用的薄膜一. 减反射膜（增透膜）在众多的光学系统中，一个相当重要的组成部分是镜片上能降低反射的镀膜。在很多应用领域中，增透膜是不可缺少的，否则，无法达到应用的要求。就拿一个由18块透镜组成的35mm 的自动变焦的照相机来说，假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射，没有增透的镜头光透过率为23%，镀有一层膜（剩余的反射为%）的镜头光透过率为%，镀多层膜（剩余的反射为%）的为%。大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射光的破坏。此外，宽带增透膜可以提高象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强。当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射，如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R 为：例，折射率为的冕牌玻璃，每个表面的反射约为%，折射率较高的火石玻璃表面的反射更为显著。这种表面反射造成了两个严重的后果： ①光能量损失，使像的亮度降低； ②表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也达到像平面，使像的衬度降低，分辨率下降，从而影响光学系统的成像质量。减反射膜，又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的介于空气折射率和光学元件折射率之间的薄膜。以使某些颜色的单色光在表面 R T n n n n R -=???? ??+-=12 1010透射率

光学薄膜技术第三章薄膜制造技术

第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积（PVD)和化学液相沉积（CLD)两种工艺来获得。CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染，已很少使用。 PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。 PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ②空气分子进入薄膜而形成杂质； ③空气中的活性分子与薄膜形成化合物； ④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。空气压力低于一个大气压的状态称为真空，而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。制作薄膜最重要的装备是真空设备．真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。二者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同，下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性，超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵）来辅助超高真空泵。 3.1 高真空镀膜机 1.真空系统现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。普通所说的真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作，而且在高真空泵（如油扩散泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程度。小型镀膜机的真空系统低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱

CIE基本色度学分析与计算

高工LED技术中心发布时间：2009-08-04 16:07:39设置字体：大中小色度学是门研究彩色计量的科学,其任务在于研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及应用。彩色视觉是人眼的种明视觉。彩色光的基本参数有：明亮度、色调和饱和度。明亮度是光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉。一般来说,彩色光能量大则显得亮,反之则暗。色调反映颜色的类别,如红色、绿色、蓝色等。彩色物体的色调决定于在光照明下所反射光的光谱成分。例如,某物体在日光下呈现绿色是因为它反射的光中绿色成分占有优势,而其它成分被吸收掉了。对于透射光,其色调则由透射光的波长分布或光谱所决定。饱和度是指彩色光所呈现颜色的深浅或纯洁程度。对于同一色调的彩色光,其饱和度越高,颜色就越深,或越纯;而饱和度越小,颜色就越浅,或纯度越低。高饱和度的彩色光可因掺入白光而降低纯度或变浅,变成低饱和度的色光。因而饱和度是色光纯度的反映。100%饱和度的色光就代表完全没有混入白光阴纯色光。色调与饱和度又合称为色度,它即说明彩色光的颜色类别,又说明颜色的深浅程度。应强调指出,虽然不同波长的色光会引起不同的彩色感觉,但相同的彩色感觉却可来自不同的光谱成分组合。例如,适当比例的红光和绿光混合后,可产生与单色黄光相同的彩色视觉效果。事实上,自然界中所有彩色都可以由三种基本彩色混合而成,这就是三基色原理。基于以上事实,有人提出了一种假设,认为视网膜上的视锥细胞有三种类型,即红视谁细胞、绿视锥细胞和蓝视锥细胞。黄光既能激励红视锥细胞,又能激励绿视锥细胞。由此可推论,当红光和绿光同时到达视网膜时,这两种视锥细胞同时受到激励,所造成的视觉效果与单色黄光没有区别。三基色是这样的三种颜色,它们相互独立,其中任一色均不能由其它二色混合产生。它们又是完备的,即所有其它颜色都可以由三基色按不同的比例组合而得到。有两种基色系统,一种是加色系统,其基色是红、绿、蓝;另一种是减色系统,其三基色是黄、青、紫(或品红)。不同比例的三基色光相加得到彩色称为相加混色,其规律为：红+绿=黄红+蓝=紫蓝+绿=青

颜色的暗示

黄色给人心理上的感觉是最温暖的颜色，而蓝色是最冷的颜色。越温暖的颜色中黄色成分越多。越冷的颜色中蓝色成分越多。白色：白色包括全部的光谱，有增强作用，对人体的全部能量系统有净化和排污作用，可以唤醒人体巨大的创造性。它能够稳定人的能量系统，使之整体提高。即白色放大各种颜色的疗效。黑色：黑色也包含了全部的光谱，还是一种遮盖混乱的颜色。黑色是保护色，可以帮助特别敏感的人平静下来黑色激活人体的雌性和磁性能量，并强化他们的功能。帮助极端的人恢复平衡，特别是那些要失控的人黑色和白色混合使用效果最佳，黑色可以激活下意识水平，帮助疏导冲动和疯狂的想法。要谨慎使用黑色，过多使用黑色会引起沮丧，强化消极情绪和思想。千万不要单独使用，必须与其他颜色混合使用。红色：红色温暖、主动，能够唤醒我们身体的生命力。红色可以治疗感冒、弱循环和粘膜疾病。红色增强体力和个人意志，可以刺激根深的激情，例如：性和爱、勇气、仇恨和报复。红色还可以提高温度，促进血液循环。过多使用红色导致过分刺激，恶化病症。橘黄色：橘黄色是快乐和智慧色。它激发人的社会性，与我们的情感健康和肌肉紧密相连。它可以使身体恢复活力，促进食物吸收。一场大病后它是很好的滋补，因为它促进排泄系统的循环。该色主要与绿和兰的调和色结合使用。患情感麻痹的人和心情沮丧的人可以用它辅助治疗。黄色：黄色能刺激人的大脑能力，可以治疗沮丧，帮助重新唤起生活的热情，唤醒人的自信与乐观，治疗消化疾病，对于胃、肠、膀胱以及整个消化系统都有益处。黄色有助于平衡整个肠胃系统。金色和黄色的调和色对身体和大脑都有益处。绿色：绿色平衡人的整体能量，增加人的敏感性和同情心。绿色有安神的效果，对有炎症的身体特别有镇静作用，能够安抚神经系统绿色可以促进友情、增加希望、提高信任、增加和平。绿色对于负担过重的大脑有安神和激发活力的作用。适合治疗心脏类疾病、高血压、溃疡、疲劳和头痛。对于癌症、肿瘤及任何有肿胀的病人千万不要使用绿色。

蓝宝石衬底上增透膜

1.增透膜蓝宝石衬底上增透膜氧化硅(SiO2)膜具有熔点高、抗磨耐腐蚀、保护能力强、对光的散射吸收小等优良性能,使得SiO2非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透保护薄膜。利用射频磁控反应溅射法制备出所设计的增透膜系。结果表明,蓝宝石衬底上镀单层及多层增透膜系后红外透过率明显提高;当蓝宝石衬底双面镀SiO2膜后,在 3~5um波段范围内,平均透过率达到96.43%,比未镀膜时的平均透过率87.01%提高了9.42%,满足了设计使用要求。 2.高反膜制备出高性能的 193nm激光高反膜具有重要的应用价值。在对不同材料组合高反膜性能分析比较的基础上,对应用于高反膜膜材料组合进

行了优化选择,以NdF3/AlF3为材料对,设计制备了193nm高反膜。193nm氟化物高反膜的反射率达到96%。 3.太阳能选择性吸收膜太阳能选择性吸收膜要求在可见光及近红外波段反射率尽可能低(吸收比尽可能高),在红外波段反射率尽可能高(发射率尽可能低)。 AlCN太阳能选择性吸收薄膜的结构如图所示。它由玻璃基片上相继沉积的五层膜构成:最下面是一层非反应溅射沉积的足够厚的(200nm左右)铝金属膜。其上是反应溅射制备的成份渐变的四层AlCN薄膜,按从底层到表层的顺序,Al的含量逐渐减少,而N、C的含量逐渐增多,直到表层的介质膜。按此顺序,我们将这四层膜依次称为AlCN-1,AlCN-2,AlCN-3,AlCN-4。

4.光无源器件薄膜光无源器件包括光纤连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光开关、光调制器等,它是光纤通信设备的重要组成部分,由于其工作原理遵循光线理论和电磁波理论,故薄膜器件部分的结构设计和工作原理与薄膜技术息息相关。例如,大容量光纤通信要求光纤连接器插入损耗在0.1～0.5dB之间,平均值为 0.3dB,随着新技术、新工艺的应用可望降低到0.1dB,大大提高回波损耗。如果采用镀膜工艺在光纤连接器球面上镀增透膜,如SiO2、Ta2O5、MgF2、ZnO2、Al2O3、CeO2等使回波损耗提高到70dB以上。同时在插针的端面采用光集成工艺,镀上半透膜、减反膜和偏振膜,可以组成不同功能的多用插头。此外,波分复用器(WDM)在宽带高速光通信系统、接入网、全光网络等领域中有着广泛的应用前景。其中干涉膜型波分复用器采用的是由多层介质膜镀制成的截止滤波片或带通滤波片,如1310/1550nm的波分复用器用的是长波通和带通滤波膜,采用的膜料大多是SiO2和TiO2。当多层介质膜为超窄带滤波膜时,即可构成密集型波分复用器(DWDM),复用间隔可小至1nm。这种滤波片是在多腔微离子体条件下制备的高稳定带通滤波片,其波长随温度变化小于0.004nm/℃。 5.软X射线多层膜制备软X射线多层膜最常用的有三种方法:电子束蒸发、离子束溅射以及磁控溅射。用DC和RF磁控溅射法制备出了波长小于10nm波段的Mo/B4C软X射线多层膜反射镜。掠入射X射线衍射仪的测量结果表明,磁控溅射法有很高的控制精度,制备出的 Mo/B4C软X射线多层膜周期结构非常好,表(界)面粗糙度非常小,约为0.4nm。

计色制及色度图

计色制及色度图给定一种颜色，可以找到配出这种颜色所需的三基色的混合比例，确定三基色分量与所需颜色的数值关系由配色实验来完成。 1. 配色实验。 (1). 配色实验可通过比色计来进行，如下图所示：比色时有两块互成直角放置的全反射面，由它将观察者的视场分为两等分。把待配色的彩色光投射到屏幕的一边，而将三基色光投射到屏幕的另一边，分别调节三个基色光的强度，直到混合后产生的彩色与待配色的色度和亮度完全一致为止。从基色调节装置上分别读出各个基色的数值，由此就可写出配色方程式。 (2).配色方程式：式中F表示待配色的彩色光的彩色量；（R）、（G）、（B）分别为红（波长700nm）、绿（波长546.1nm）、蓝（波长435.8nm）三基色的单位量，其中，1（R）= 1 cd，1（G）= 4.5907cd，1（B）= 0.0601cd；R、G、B分别为三基色的调节器的读数，也称为三基色系

数。式（1-6）的配色方程式，适合于配置一切彩色，只不过对于不同彩色三色系数不同而已。 (3). 对于等能白光，R = B = G = 1，即：其光通量为： 2. 计色制及色度图。 (1). RGB计色制及其色度图： A. RGB计色制：以（R）、（G）、（B）为单位量，用配色方程进行彩色量度和计算的系统称为RGB计色制。 B. 实际中，彩色质的区别决定于色调和饱和度，即色度。色度与三基色系数的比例有关。为此，引入三基色相对系数r、g、b。 C. 三基色相对系数r、g、b： m = R + G + B ，则r、g、b分别为：因为R、G、B三个色系数的比例关系与r、g、b的比例关系相同，所以它们都可以表示同一彩色的色度，且 D. 由于r、g、b三者之和为1，所以只要知道其中两个的值，就可以确定第三个的值。因此，只要选两个三基色相对系数，就可用二维坐标来表示各种彩色光的色度。RGB色度图就是在

不同刺激颜色对视觉反应时的影响

不同刺激颜色对视觉反应时的影响摘要研究了不同刺激颜色和是否用优势手做出反应对视觉简单、辨别和选择反应时的影响。被试为华东师范大学本科生一名。本研究分为三个实验。实验1给被试分别呈现红、黄、蓝、绿四种圆形颜色刺激，让被试在看到刺激后立即按键。实验2要求被试在看到红、黄、蓝、绿四种圆形颜色刺激时分别只对某一种颜色的刺激作出反应。实验3要求被试在看到红、黄、蓝、绿四种圆形颜色刺激时按下对应的键。并在实验1、3中设置了非优势手组。结果发现：总体而言，三种视觉反应时中不同颜色的视觉反应时均无显著差异。优势和非优势手视觉简单反应时存在显著差异，而视觉选择反应时不存在显著差异。关键词减数法简单反应时辨别反应时选择反应时 1引言天文学家贝塞尔用反应时发现人差方程的27年后，生理学家赫尔姆霍茨用反应时实验成功的测定了蛙的神经传导速度，这也是第一个反应时的测验。现在普遍把反应时分为三个时段：第一时段，刺激使感受器产生了兴奋，其冲动传递到感觉神经元的时间；第二时段，神经冲动经感觉神经传至大脑皮质的感觉中枢和运动中枢，从那里经运动神经到效应器官的时间；第三时段，效应器官接受冲动后开始效应活动的时间。由于神经传导的时间远远小于反应时的时间。荷兰生理学家唐德斯意识到可以利用反应时来测量各种心理活动所需的时间，并发展出唐德斯反应时ABC三种反应时任务。A反应为简单反应时，是指给被试呈现单一的刺激，同时要求被试他们只作单一的反应；B反应为辨别反应时，包含简单反应和刺激辨别两个成分；C反应时选择反应时，包含简单反应、刺激辨别和反应选择三个成分。唐德斯的减数法认为反应时的不同成分是连续但独立的，可以通过几种反应时相减得到辨别时间和选择时间。【1】现在，反应时已经成为心理研究中的一种常用方法，用于内隐记忆、认知、人格等多方面的研究。通过对反应时的研究，研究者发现焦虑症与抑郁症组视觉、听觉反应时各项指标与对照组比较明显延长，抑郁组比焦虑组反应时延长更突出。【2】得出焦虑与抑郁患者均存在一定程度神经心理损害特征抑郁患者更明显的结论。而在某些实验中内隐实验与外显实验的分离现象很有可能是因为外显行为是在被试较高意识状态下发生的，通过语言的描述，使问卷结果易受人格、情绪及社会称许等变量的影响，而内隐实验可以较好地排除这一影响。【3】根据上面的介绍，本实验基于唐德斯的减数法假设，计算色觉简单、辨别、选择反应时，并从中分离出色觉的辨别时间和选择时间。 2方法 2.1被试华东师范大学心理与认知科学学院本科生一名，女，18岁。 2.2材料和仪器仪器：计算机及PsyTech心理实验系统材料：直径为100像素4种颜色（红、黄、绿、蓝）圆。 2.3实验步骤 2.3.1色觉简单反应时（1）登录并打开PsyTech心理实验系统，选择实验列表中的“视觉简单反应时”。点击“进入实验”，实验者可在此界面设置参数，然后点击“开始实验”。被试可先进行练习，也可直接进入实验。（2）实验指导语为：这是一个视觉简单反应时实验。请你手指放在面前的红键上，眼睛注视屏幕，出现“预备”时你要准备反应，一旦出现颜色圆立即按反应键，要求既快又准。

《薄膜光学与技术》期末测验试题A答案

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增透膜与高反膜

增透膜与高反膜薄膜干涉使用扩展光源，虽然相干性不好，但因能在明亮环境观察，所以实用价值高。利用上述原理可以测定薄膜的厚度e或光波波长λ。在光学器件上镀上一层厚度为d的薄膜，使强度相等的两束反射光（或透射光）的光程差δ满足干涉加强（δ=kλ）或减弱（δ=(k+1/2) λ）条件，可以提高光学器件的透射率或反射率。增加透射率（即透射光的光程差δ=kλ）的薄膜叫增透膜，增加反射率（即反射光的光程差δ=kλ）的薄膜叫高反膜。增透膜和高反膜常用在光学仪器的镜头上。由于相邻两束光的强度不等，实际常采用多层膜，使高反膜的反射率达99%以上。减反射膜涂敷在透明光学元件表面、用来消除或减弱反射光以达增透目的的光学薄膜。又称增透膜。最简单的减反射膜是单层介质膜，其折射率一般介于空气折射率和光学元件折射率之间，使用最普遍的介质膜材料为氟化镁。减反射膜的工作原理是基于薄膜干涉原理。入射光在介质膜两表面反射后得两束相干光，选择折射率适当的介质膜材料，可使两束相干光的振幅接近相等，再控制薄膜厚度，使两相干光的光程差满足干涉极小条件，此时反射光能量将完全消除或大大减弱。反射能量的大小是由光波在介质膜表面的边界条件确定，适当条件下可完全没有反射光或只有很弱的反射光。单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用，为在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果，常使用多层介质膜。常见的多层膜系统是玻璃-高折射率材料低折射率材料-空气，简称gHLa系统。H层通常用二氧化锆（n＝2.1）、二氧化钛（n＝2.40）和硫化锌（n＝2.32）等，L层一般用氟化镁（n＝1.38）等。减反射膜广泛用于各种光学元件的表面处理，例如照相机镜头上涂减反射膜后，可减少由反射引起的杂散光并显著增加像的亮度。

减反射膜

减反射膜（增透膜）工作原理光具有波粒二相性，即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子（注意，这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的，因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光（注意：这里说的是红光）在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了. 为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。定义及其设计：二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展．对于技术光学的推动来说，在所有的光学薄膜中，增透膜也起着最重要的作用．直至今天，就其生产的总量来说，它仍然超过所有其他的薄膜因此，研究增透膜的设计和制备教术，对于生产实践有着重要的意义．我们都知道，当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射．如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为透射率为投射率为：例如，折射率为1。52的冕牌玻璃，每个表面的反射约为4．2％左右。折射率较高的火石玻璃，则表面反射更为显著．这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失，使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面，使象的衬度降低，从而影响系统的成象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统，都包台了很多个与空气相邻的表面，如不敷上增透膜将完全不能应用．目前已有很多不同类型的增透膜可供利用．以满足技术光学领域的极大部分需要．可是复杂的光学系统和激光光学，对减反射性能往往有特殊严格的要求．例如．大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏．此外，宽带增透膜提高了象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强．因此，生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展．在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像的质量。为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失，常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜（常用氟化镁MgF2，其折射率为1.38，介于玻璃与空气之间），利用薄膜的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透膜。现在我们来看一下简单的单层增透膜。设膜的厚度为e，当光垂直入射时，薄膜两表面反射光的光程差为2ne，由于在膜的上、下表面反射时都有相位突变，结果没有附加的相位差，两反射光干涉相消时应满足：

光学薄膜技术复习提纲讲解

光学薄膜技术复习提纲、典型膜系减反射膜（增透膜） 1、减反射膜的主要功能是什么？是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量, 减少或消除系统的杂散光。 ★ 2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算厂宀 >2 llo —111 /11；#-1 R= ------------ <山+爲沁+/ ★ 3、掌握常见的多层膜系表达，例如 G| H L | A 代表什么？ G| 2 H L | A ? ★ 4、什么是规整膜系？非规整膜系？把全部由入0/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系，反之为非规整膜系。 ★ 5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。为了在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果，常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。 ★ 6 V 形膜、W 形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。P16-17 ㈡高反射膜 ★ 1、镀制金属反射膜常用的材料有铝（AI ）、银（Ag ）、金（Au ）、铬等。 ★ 2、金属反射膜四点特性。P29 ① 高反射波段非常宽阔，可以覆盖几乎全部光谱范围，当然，就每一种具体的金属而言，它都有自己最佳的反射波段。 V --G I HL| A / M |=! !膜 / fix 一上 —\ >< WG | 2HL | A 0 400 450 500 550 600 650 700 VUavelsnqth (rm ) 43 2 yuf5o2lpu 家

②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。如Al、Cr、Ni （镍）与玻璃附着牢固；而Au、 Ag与玻璃附着能力很差。 ③金属膜层的化学稳定性较差，易被环境气体腐蚀。 ④膜层软，易划伤。㈢分光膜 1什么是分光膜？中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光，也即它在一定的波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率和反射率之比值一一透反比。因而反射光和透射光不带有颜色，呈色中性。 ★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点：金属分束镜p32 优点：中性好，光谱范围宽，偏振效应小，制作简单缺点：吸收大，分光效率低。使用注意事项：光的入射方向介质分束镜p30 优点：吸收小，几乎可以忽略，分光效率高。缺点：光谱范围窄，偏振分离明显，色散明显。 5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振，实现50/50中性分光。㈣、截止滤光片 ★1、什么是截止滤光片？什么是长波通、短波通滤光片？p33 截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射的干涉截止滤光片。抑制短波区、透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片。抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。 2、截止光滤片的应用：彩色分光膜。P51 ①图2.4.13分光原理；②解决棱镜式分光元件偏振效应的方法是合理设计分光棱镜的形式，尽可能减小光束在膜面上的入射角。㈤、带通滤光片 ★1、什么是带通滤光片？P58

光学薄膜完整版

光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题 1、判断题 1. 光束斜入射到膜堆时，S－偏振光的反射率总是比p－偏振光的反射率高（正确） 2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性） 3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确） 4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误） 5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误） 6. 在斜入射情况下，带通滤光片S－偏振光的带宽比p－偏振光的带宽为大（正确） 7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确） 8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误） 9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al：0.64-i5.50，Ag：0.050- i2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝） 10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第1章薄膜光学特性计算基础 1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。 2、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。 3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。 4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。 5、麦克斯韦方程组： 6、物质方程： 7、光学导纳： 8、菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。 9、特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数 10、虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是或其整数倍时，该层存在对于中心波长处的透过率/反射率无影响，因此称为虚设层。但该层其他波长处的透过率/反射率还是有影响的。

CIE色度图

CIE色度图 CIE-RGB系统标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线。曲线中的一部分500μm附近的r 三刺激值是负数，这当然不能否定将红、绿、蓝三色混合可以得到其他颜色，但它确实表明一些颜色不能够仅仅通过将三原色混合来得到而在普通的CRT上显示。图例： CIE-XYZ系统由于实际上不存在负的光强，1931年CIE规定了3种假想的标准原色X(红)、Y(绿)、Z(蓝)构造了CIE-XYZ系统，以便使能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值： C=xX+yY+zZ

图例：三刺激空间和色度图所有颜色向量组成了x>0、y>0和z>0的三维空间第一象限锥体取一个截面x+y+z＝1 该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值图例：

CIE色度图 CIE色度图的翼形轮廓线代表所有可见光波长的轨迹，即可见光谱曲线。沿线的数字表示该位置的可见光的主波长。中央的C对应于近似太阳光的标准白光，C点接近于但不等于x=y=z=1/3的点。红色区域位于图的右下角，绿色区域在图的顶端，蓝色区域在图的左下角，连接

光谱轨迹两端点的直线称为紫色线。用途得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。D的补色为E。确定所选颜色的主波长和纯度。颜色A的主波长，从标准白光点C过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。定义一个颜色域。通过调整混合比例，任意两种颜色： I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。应用限制色度图的形状表明，没有一个3个顶点均在可见光翼形区的三角形可以完全覆盖该区域。因此，可见的红、绿、蓝三种颜色不能通过加法混合来匹配所有的颜色。虽然色度图和三刺激值给出了描述颜色的标准精确方法，但是，它的应用还是比较复杂。在计算机图形学中，通常使用一些通俗易懂的颜色系统——颜色模型，它们都基于三维颜色空间。图例：

增透膜原理

增透膜原理增透膜原理: 增透膜原理：“当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消。这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。” 其一是当光从一种介质进入另一种介质时，如果两种介质的折射率相差减小，反射光的能量减小，透射光的能量增加。当光射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失。对于玻璃镜头上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时，使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光程差为半个波长。膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程，即为膜的厚度的两倍。所以，膜厚应为光在薄膜介质中波长的1/4，从而使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d ＝λ/4n（其中n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长）。如果镜头表面不涂薄膜，光直接由折射率为n1=1.0空气垂直入射到折射率为n2=1.5的玻璃的介面时，反射率，即将有4%的入射光能被反射，96%的入射光能进入玻璃，这说明光学器件表面的反射光会导致光能损失。进入玻璃的光再从玻璃垂直进入空气的分介面时，透射光与入射光相比，又要产生相同比例的能量损失。即一个简单玻璃透镜，光通过它的两个透光表面，透射光的强度I只占原入射光强度I0 的。人们普遍使用较高级照相机的物镜、潜水艇上用的潜望镜等一般都由多个透镜组成，其目的是利用凸透镜和凹透镜的不同性质消除相差。光能损失越大，所成像的质量越差，而且反射光还可能被其它表面再反射到像的附近，形成有害的杂光，将进一步减弱成像质量。如果在玻璃镜头表面涂上一层其折射率介于玻璃和空气之间的透明介质，当有增透膜时透射光的能量是原入射光能量的。增加氟化镁薄膜后，透射光能提高了97.3％－92％＝5.3％，所以反射光能减少了。则涂有增透膜的6个透镜组成的镜头，与相同情况下光直接由空气进入玻璃镜头时相比较，提高了透射光能量84.8%-61%=23.8%，减少了光的反射损失。利用薄膜干涉的原理，增加了透射光的能量。因为当光从光疏介质射向光密介质时，反射光有半波损失，即反射光与入射光相位恰好相反。

色彩刺激调和

色彩刺激调和色彩的美感能提供给人精神、心理方面的享受，人们都按照自己的偏好与习惯去选择乐于接受的色彩。以满足各方面的需求。从狭义的色彩调和标准而言，是要求提供不带尖锐的刺激感的色彩组合群体，但这种含义仅提供视觉舒适的一方面。因为过分调和的色彩组配，效果会显得模糊、平板、乏味、单调，视觉可辩度差，多看容易使人产生厌烦、疲劳的不适应等。但是色相环上大角度色相对比的配色类型，对人眼的刺激强烈，过分眩目的效果，更易引起视觉疲劳，而产生极不舒服的不适应感，使人心理随着失去平衡而显得焦躁、紧张、不安，情绪无法稳定。因此，在很多场合中，为了改善由于色彩对比过于强烈而造成的不和谐局面，达到一种广义的色彩调和境界，即色调既鲜艳夺目、强烈对比、生机勃勃、而又不过于刺激、尖锐、眩目，这就必须运用强刺激调和的手法。 1.面积法将色彩对比特点是色相对比强烈的双方面积反差拉大，使一方处于绝对优势的大面积状态，造成其稳定的主导地位，另一方则为小面积的从属性质。如中国古诗词里的“万绿丛中一点红”等。 2.阻隔法又称色彩间隔法、分离法等。（1）强对比阻隔在组织鲜色调时，将色相对比强烈的各高纯度色

之间，嵌入金、银、黑、白、灰等分离色彩的线条或块面，以调节色彩的强度，使原配色有所缓冲，产生新的优良色彩效果。（2）弱对比阻隔为了补救因色彩间色相、明度、纯度各要素对比过于类似而产生的软弱、模糊感觉，也常采用此法。如浅灰绿、浅蓝灰、浅咖啡等较接近的色彩组合时，用深灰色线条作勾勒阻隔处理，能求得多方形态清晰、明朗、有生气，而又不对比色调柔和、优雅、含蓄的色彩美感。 .统调法在多种色相对比强烈色彩进行组合的情况下，为使其达到整体统一、和谐协调之目的，往往用加入某个共同要素而让统一色调去支配全体色彩的手法，称为色彩统调，一般有三种类型。（1）色相统调在众多参加组合的所有色彩中，同时都含有某一共同的色相，以使配色取得既有对比又显调和的效果。如黄绿、橙、黄橙、黄等色彩组合，其中由黄色相统调。（2）明度统调在众多参加组合的所有色彩中，使其同时都含有白色或黟以，以求得整体色调在明度方面的近似。如粉绿、血牙、粉红、浅雪青、天蓝、浅灰等色的组合，由白色统一成明快、优美的“粉彩”色调。（3）纯度统调在众多参加组合的所有色彩中，使其同时都含有灰色，以求得整体色调在纯度方面的近似。如蓝灰、绿灰、灰红、紫灰、灰等色彩组合，由灰色统一成雅致、细腻、含蓄、耐看的灰色调。 4、削弱法使原来色相对比强烈的多方，从明度及纯度方面拉开距离，减少色彩同时对比下越看越显眼、生硬、火爆的弊端，起到减弱矛盾、冲突的作用，增强画面的成熟感和调和感。如红与绿的组合，因色相对比距离大，明度、纯度反差小，感觉粗俗、烦燥、不安。但分别加入明度及纯度因素后，情况会改观。如红+白=粉红、绿+ 黑=墨绿，它们组合后好比红花绿叶的牡丹，感觉变得自然生动美丽。 5、综合法将两种以上方法综合使用。如黄与紫色组合时，用面积法使黄面小，紫面大，同时使黄中调入白色，紫中混入灰色，则变成淡黄与紫灰的组合，感觉既有力又调和，这就是同时运用了面积法和削弱法的结果。色彩形式美手法 1.色彩平衡（1）色彩对称对称是一种形态美学构形式，有左右对称，放射对称，回旋对称等。在中心对称轴左右两边所有的色彩形态对应点都处于相等距离的形式，称为色彩的左右对称，其色彩且合形象如通过镜子反映出来的效果一样如对称点为

光学薄膜技术及其应用

光学薄膜技术及其应用张三1409074201 摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备引言：光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。正文： 1.光学薄膜的原理光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。 2.光学薄膜的性质及功能光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。 3.传统光学薄膜和新型光学薄膜 3.1传统光学薄膜传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。光波是一种电磁波，根据其波长的不同可分成红外线、可见光和紫外线等，当光波投射到物体上时，有一部分在它表面上被反射，其余部分经折射进入到该物体中，其中有一部分被吸收变为热能，剩的部分透射。不同的物质对光有不同的反射、吸收、透射性能，光学薄膜就是利用材料对光的这种性能，并根据实际需要制造的。传统光学薄膜就是利用材料的这种特性，对光线产生特异性行为。传统光学薄膜有反射膜、增透膜、滤光膜、纳米光学薄膜、偏振膜、分光膜、和位相膜等。 3.2新型光学薄膜现代科学技术特别是激光技术和信息光学的发展，光学薄膜不仅用于纯光学器件，在光电器件、光通信器件上也得到广泛的应用。近代信息光学、光电子技术及光子技术的发展，对光学薄膜产品的长寿命、高可靠性及高强度的要求越来越高，从而发展了一系列新型光学薄膜及其制备技术，并为解决光学薄膜产业化面临的问题提供了全面的解决方案，包括高强度激光器、金刚石及类金刚石膜、软Ｘ射线多层膜、太阳能选择性吸收膜和光通信用光学膜等。

《薄膜光学与技术》2012期末考试试题A-答案

2012-2013学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A 卷）参考答案及评分标准一、填空题（每空1分，共24分） 1、在折射率为3.5的基底表面镀单层减反射膜，对于4000nm 的光波，理论上能达到最佳减反射效果的薄膜折射率为： 1.8708 ，需要镀制的薄膜光学厚度为 1000 nm 。 2、若薄膜的折射率为n ，光线在薄膜内的折射角为θ，则s 、p 光的修正导纳分别为 ncos θ 、 n/cos θ 。 3、对于波长为λ的光来说，单层膜的光学厚度每增加 λ/4 ，薄膜的反射率就会出现一次极值变化。当薄膜的折射率小于基底折射率时，出现的第一个反射率极值是极小（极大、极小）值。 4、虚设层的形成条件是：薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍。 5、周期性对称膜系(pqp)s 的等效折射率和基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于基本周期的s 倍。 6、折射率为n 1，光学厚度为λ0/4，基底的折射率为n s ，那么，该单层膜与基底的组合导纳为： s n Y 21 7、介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的折射率有关，折射率差值越大，高反射带越宽。 8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量真空的目的。 9、镀膜室内真空度高表明气体压强小，真空度低则气体压强大。 10、薄膜几何厚度的监控通常用石英晶振膜厚仪来实现，光学厚度常常采用光电膜厚仪来监控。 11、采用PVD 技术制造薄膜器件时，薄膜折射率的误差主要来自三个方面：膜层的聚集密度、膜层的微观组织物理结构、膜层的化学成分。 12、改善膜层厚度均匀性的措施包括旋转夹具和膜层厚度调节板。