《《长春光机所-薄膜光学课件4》》.ppt

* * 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 复习：对于多层膜 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 反射率 透射率 吸收率 反射相移 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 膜系的透射定理 膜系的透射定理: 薄膜的透射率与光线的入射方向无关，所以不可能用薄膜的办法制作单向透光的元件，而反射率、吸收率可是不同的。 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 本此课的主要内容 光学薄膜在倾斜入射时的表现 考虑到基片背面反射时的情况 对称膜系的等效折射率 矢量法 麦克劳德纳图解法简介 用麦克劳德纳图解法解释单、双层增透膜 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 当光线倾斜入射到薄膜上的情况 考虑薄膜的特征矩阵以及其中的参数： 入射角的变化将影响等效导纳和膜层的光学厚度 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对膜层光学厚度的影响导致波长漂移 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 当光线倾斜入射到薄膜上的情况 由于对P光和S光等效导纳的影响不一致，导致倾斜入射偏振分离 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对膜层光学厚度的影响导致波长漂移 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 考虑到基片背面反射的情况 在厚基片下，考虑 到背面的反射： 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对于红外高折射率材料Si、Ge等尤其要考虑基片中多次反射的非相干叠加 考虑到基片背面反射的情况 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对称膜系的等效折射率 对于单层膜我们可以用一个矩阵M单来表示，对于一个多层膜可以用一组矩阵的乘积来表示：M多=M1M2M3…Mn，一般来讲M多中的每一层都是无吸收介质时，矩阵M多中m11和m22为纯实数，m12和m21为纯虚数，并且，行列式值为1，但是一般情况下m11和m22并不相等，这一点与单层膜的性质是不同的，所以在数学上就不能等同于一个单层膜。 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对于以中间一层为中心，两边对称安置的多层膜，却具有单层膜特征矩阵的所有特点，在数学上存在着一个等效层，这为等效折射率理论奠定了基础。 下面我们就以最简单的对称膜系(pqp)为例说明对称膜系在数学上存在一个等效折射率的概念。这个称膜系的特征矩阵为： 对称膜系的等效折射率 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对称膜系的等效折射率 做矩阵的乘法运算得： 正是由于第四个关系式成立才使我们有可能引入等效折射率的概念 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 由于对称膜系的待征矩阵和单层膜的特征矩阵具有相同的性质，可以假定以相似的形式来表示： 对称膜系的等效折射率 因此它可以用一层特殊的等效单层膜来描写， 这层等效膜的折射率E（等效折射率）和位相厚度τ (等效位相厚度) 可以由下面方程求得： 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对称膜系的等效折射率 所以有： 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对称膜系的等效折射率 从M=pqp可以推广到任意多层的对称膜系在数学上都可以用一个单层膜的特征矩阵所表示。 例如：M=h(u(v(pqp)v)u)h 另：最常用的周期膜系如：M=HLHLHLHLHLH 一方面表示为:M=H(L(H(L(H)L)H)L)H 另一方面可以表示为：M=H/2（H/2LH/2)5H/2的形式 H/2LH/2是一个对称单元 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 L/2HL/2等效折射率 H/2LH/2 对称膜系的等效折射率 g— 相对波数 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对称膜系的等效折射率 对于某些波长范围M11的绝对值大于1 薄 膜 光 学——基础理论 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 对称膜系的等效折射率 对于M11的绝对值小于1的情况： 上式表示一个周期性对称膜系在它的透射带中仍然存在有一个等效折射率，它和基本周期对称组合等效折射率E完全相同，并且它的等效位相厚度