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干涉滤光片的设计与制造 实验报告 班级： 姓名： 学号： 一、玻璃(折射率为1.52)表面制备ITO薄膜(折射率为1.9)，当薄膜光学厚度为/4(取500nm)时，理论计算ITO薄膜在处的透过率，并判断该薄膜是增透膜还是增反膜。 1、薄膜在处透过率的计算 讨论光线正入射,各介质吸收系数k=0的情况, 图1 薄膜透过率计算光路图 由于光线正入射且不考虑介质吸收率，故在薄膜n1上表面的反射系数r1,玻璃基板n2上表面的反射系数r2计算公式如下： 依据单层膜反射率计算公式： 2、薄膜功能判断 1)对比不镀膜的情况 若未向玻璃基板上镀ITO薄膜，则玻璃基板表面的反射系数为， 由于光线正入射，故玻璃表面反射率为,小于镀膜时的反射率0.1660，故该模型中ITO薄膜为增反膜。 2）从薄膜表面光线的干涉情况考虑： 由于n1n,,故光线1在薄膜与玻璃的界面反射时产生半波损失，所以1、2光线在薄膜上表面的实际相位差为，这表明，1、2光线在薄膜表面经干涉加强，即薄膜表面反射光加强，这是增反膜的原理。 二、简述窄带滤光片的作用及工作原理并设计如下滤光片(给出膜系结构及设计曲线)： 入射介质＝1；出射介质＝1.52；入射角＝；中心波长＝450nm，中心波长透过率大于85%，透射光谱的半宽度小于50nm。使用nH＝2.0（Si3N4）， nL＝1.48（SiO2）。 答： 1、窄带滤光片的作用： 让光源中某一窄带光谱的光波以尽可能高的透射率通过，而使其他光谱范围的光波衰减，以获得单色性良好的准单色光。 2、工作原理： 窄带滤光片是由两块内表面镀有高反射膜（介质或金属膜）的相互平行的高平面度玻璃板或石英板组成，在内表面之间形成多次反射以产生多光束之间的干涉。 其原理可由多光束干涉极大值条件来解释，即： 图2 多光束干涉 当相干光束数目很大时，对于确定的n、d、i值，光源中只有严格满足上述条件的波长成分才能基本无衰减地透过，微小偏离上述条件的波长成分将由于近似相消干涉而衰减，于是实现了窄带滤波。 当入射角i=0°时，透射波长可表示为：。这说明干涉滤光片透射光波的光谱也是一种“沟槽光谱”。 3、滤光片设计： 方案1 (HL)2HLL(HL)2H (12层) 图3 方案1设计曲线 所得数据如下：中心波长450nm处的透过率为95.74%,大于85%；该透过率的一半为47.87%，对应的波长分别约为436.2nm和 464.7nm，故透射光谱的半宽度约为28.5nm,小于50nm。该设计合题意。 分析半宽度时也可用此方法：如图，425nm处对应透过率为24.48%,475nm处对应的透过率为27.76%,两处透过率均小于47.87% ,故透射光谱的半宽度一定小于475-425=50nm。 方案2 (HL)2H(HL)2H （10层） 图4 方案2设计曲线 所得数据如下：中心波长450nm处的透过率为95.74%,大于85%；该透过率的一半为47.87%，对应的波长分别约为429.0nm和 473.1nm，故透射光谱的半宽度约为44.1nm,小于50nm。该设计合题意。 同样，分析半宽度时也可用此方法：如图，425nm处对应透过40.37%,475nm处对应的透过率为44.78%,两处透过率均小于47.87% ,故透射光谱的半宽度一定小于475-425=50nm。 三、简述窄带滤光片的制备过程，给出实际滤光片的测试结果(中心波长、峰值透过率，光谱半宽度)，利用干涉理论分析实际结果和理论设计值的差别及产生差别的原因。 答：本次实验采用方案1，即 (HL)2HLL(HL)2H，制备干涉滤光片的方法为等离子体增强化学气相沉积法 开机前准备：打开总电闸、电脑、空压机、冷却水、液氮阀门（罐上阀门和气路版阀门）。 开机：弹起设备紧急制动，按下绿色电源按钮，打开PC端控制软件；启动泵。 2）沉积工艺过程 ：确认工艺需要的气体，打开阀门（气体和高纯氮）2/SiH4、N2、NH3、N2O等气体。 b)加热器预热：至base pressure（）在软件chamber界面温度区预温度依次按run，约二十分钟） Recipe设置：在recipe界面点击automatic编辑确定工艺步骤及详细参数（流量，气压，温度，高低频功率及时间，工艺沉积时间） 首先，根据单层膜H与L的几何厚度、沉积速度，以及系统给出的时间，计算出在H层与L层几何厚度下，需要PECVD反应的沉积时间。 Si3N4 100nm——60s SiO2 3