1、1,第2章 光學(xué)薄膜膜系設(shè)計(jì)及其應(yīng)用2.2 高反射膜,2,1.金屬反射膜常用的材料有： 鋁（Al)、銀（Ag）、金（Au）等,鋁（Al): 是唯一一種從紫外到紅外波段都具有高反射率的金屬材料；在大氣中，鋁膜表面能生成Al2O3保護(hù)層。 解決辦法：Al+MgF2（紫外）；Al+SiO（SiO2、Al2O3）（可見紅外波段）,銀（Ag): 在可見和紅外波段都具有高的反射率；傾斜使用 時(shí)，引入的偏振效應(yīng)小。 暴露于空氣中極易氧化而失去光澤； 與玻璃、SiO、MgF2等附著力較差。 解決辦法：Al2O3+Ag+ Al2O3+SiOx,與基底之間的過渡層,與保護(hù)層之間的過渡層,2.2.1. 金屬高反膜,

2、3,金（Au): 在紅外波段的反射率很高，常用作紅外反射鏡； 與玻璃的附著力較差，常用Cr作為過渡層。 解決方法：Ni (Ni-Cr) + Au+(一對(duì)TiO2/SiO2)或Bi2O3,與基底之間的過渡層,保護(hù)層,4,金屬反射膜的光譜特性,5,金屬反射膜的特點(diǎn),A. 高反射區(qū)寬； B. 偏振效應(yīng)輕微； C. 膜層與基底附著性能差距很大： Al ，Cr，Ni與玻璃附著力強(qiáng)； Au，Ag與玻璃附著力差； D. 膜層化學(xué)穩(wěn)定性差，易被環(huán)境氣體腐蝕； E. 機(jī)械性能差軟。,6,2. 金屬-介質(zhì)組合高反膜,目的： A. 增強(qiáng)附著力 在金屬膜與玻璃之間增鍍過渡層。 例：,B. 保護(hù)金屬膜 在金屬膜表面加鍍

3、高硬度透明膜。 例：,可見區(qū)：一氧化硅，三氧化二鋁 紫外區(qū)：氧化鎂或者氟化鋰?？紤]保護(hù)材料要在紫外透明（沒有吸收）,7,C. 提高反射率,純金屬膜的反射率：,加鍍(LH)m膜堆后的反射率：,特點(diǎn)：在一定波段 ，在此波段外 ; .,8,G| Al LH LH |Air L- SiO2; H-TiO2 nH=2.2 nL=1.45, (nH/nL)2=2.3 Set: AAl=9%, ALH= 9%/2.3 = 4%, ALHLH= 4%/2.3 = 1.5%,例如：在波長(zhǎng)為550nm處，金屬鋁的n-ik=0.82-i5.99，其反射率約為91.6%,n0,9,“金屬介質(zhì)”組合存在的問題,A. 只

4、在較小波段有增加反射率的作用，而在很寬波段有減反作用； B. 反射率無法接近100%，最高可達(dá)96%； C. 由于有吸收，不適用于激光系統(tǒng)。,全介質(zhì)高反射膜的特點(diǎn)： A. 全膜系由 H和L兩種膜層構(gòu)成. 例：GlH(LH)mlA B. 無吸收，反射率可達(dá)99.9%。,10,2.2.2 介質(zhì)高反射膜,在低折射率的基底上沉積一層高折射率的薄膜，可以有效地提高反射率。,單層膜可實(shí)現(xiàn)的高反射率 一般不會(huì)超過50%。,11,1 周期性膜堆的反射率,入射光在光疏媒質(zhì)中前進(jìn)，遇到光密媒質(zhì)界面時(shí)，在掠射或垂直入射2種情況下，在反射過程中產(chǎn)生半波損失,12,膜系：G/(HL)SH/A= G/H (LH)S/A,

5、 中心波長(zhǎng)為0，此時(shí)有：,垂直入射時(shí)中心波長(zhǎng)0的反射率為：,高反射膜基本結(jié)構(gòu)： G/(HL)SH/A. G/(LH)SL/A.,k奇數(shù),k偶數(shù),13,2g：隨著層數(shù)的增加，反射率穩(wěn)定增加的高反射帶。,14,G/(HL)4H/A,G/(HL)H/A,G/(HL)16H/A,G/(HL)32H/A,15,2. 周期性膜堆(LH)s的高反射帶(位置),由兩層膜組成的基本周期的多層膜的特征矩陣為：,每個(gè)基本周期的特征矩陣為：,16,重要結(jié)論,滿足： 的波長(zhǎng)位于高反射帶內(nèi)；高反射帶以g=1,3,5, 為中心，半寬度為的一系列波數(shù)區(qū)間,的波長(zhǎng)位于高透射帶內(nèi)；高透射帶以g=2,4,6,為中心的一系列波數(shù)區(qū)間

6、,的波長(zhǎng)是高反射帶與高透射帶的拐點(diǎn)波長(zhǎng)， 即：截止波長(zhǎng),17,H(LH)S 周期性多層膜的光譜特性, 透、反射光譜是波數(shù)的周期函數(shù) a. 在 波段，高透.高反帶相間周期出現(xiàn)； 在 波段，不再有高反帶出現(xiàn)。 b. 高反帶中心波數(shù)為 1，3，5, ; 高透帶中心波數(shù)為 2，4，6，.。,18,3. 周期性膜堆(LH)s的高反射帶(寬度),令： 可得滿足的方程為：,19,結(jié)論（1）：在膜料一定的情況下，所有高反射帶的波數(shù)寬度相等；,令高反射帶的邊界為：,高反射帶的波數(shù)寬度:,設(shè)截止波長(zhǎng)為e, 相應(yīng)的位相厚度為e.,20,高反射帶的波數(shù)寬度僅僅與兩種膜料的折射率有關(guān)；折射率差值越大，高反射帶越寬。,2

7、1,結(jié)論（2）：各高反射帶的波長(zhǎng)寬度并不相等。波數(shù)越大對(duì)應(yīng)的高反射帶波長(zhǎng)寬度越窄。,波數(shù)g表示的高反射區(qū)： 1g； 3g； 5g； .,波長(zhǎng)寬度,相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍：,高反射帶的波長(zhǎng)寬度:,22,23,A.當(dāng) 時(shí), 當(dāng) 時(shí)，,注意:,B. 只與 有關(guān), 而 還與高反射帶的中心波長(zhǎng)有關(guān)。 即:,24,由 得: 顯然, 與 成正比,與 S 數(shù)成正比. 說明: 由于工藝原因,實(shí)用的高反射膜系G/H(LH)S/A,其與G/(LH)S/A膜系有完全相同的通帶. 高反射帶和帶寬,只是 稍有差別.,4. G/(LH)S/A膜系高反帶中心波長(zhǎng)的R,k奇數(shù),k偶數(shù),G/H(LH)S/A,25,1). 多個(gè)中心波長(zhǎng)不

8、同的(LH)S 膜堆迭加。 例： G l H1 ( LH )17 (LH)27 l A, 這兩個(gè)膜堆所用材料相同， 中心波長(zhǎng)分別為 和 形成覆蓋全可見光區(qū)的寬帶高反射。,5. 高反射帶的展寬,26,G l 0.8H(LH)7 1.2H(LH)7 l A,G l 0.8H(LH)7 L1.2H(LH)7 l A,27,G/0.9H(LH)41.1H(LH)4/A,28,G/0.9H(LH)4L1.1H(LH)4/A,29,2). 采用厚度按等差級(jí)數(shù)遞增的漸變厚度膜堆。 例：用 兩種材料，厚度從90nm到190nm漸變，其高反射區(qū)也可覆蓋全可見光區(qū)。,算術(shù)級(jí)數(shù)遞增(q層）：,幾何級(jí)數(shù)遞增（q層）：,30,31,6. 傾斜入射時(shí)的高反射帶,