光學(xué)薄膜技術(shù)第二章課件-在線瀏覽
2024-09-09 05:24本頁面
【正文】 要求，因而我們首先討論金屬反射膜，在某些應(yīng)用中，若要求的反射率高于金屬膜所能達(dá)到的數(shù)值則可在金屬膜上加額外的介質(zhì)膜以提高它們的反射率， 最后介紹全介質(zhì)多層反射膜，由于這種反射膜具有最大的反射率和最小的吸收率因而在激光應(yīng)用中得到了廣泛的使用。鍍制金屬反射膜常用的材料有鋁（Al）、銀（Ag）、金（Au）等，它們的分光反射率曲線如書p27圖29。但是蒸發(fā)的銀膜用作前表面鏡鍍層時(shí)卻因下列兩個(gè)原因受到嚴(yán)重限制：它與基片的粘附性很差；同時(shí)易于受到硫化物的影響而失去光澤。金膜與玻璃基片的附著性較差，為此常用鉻膜作為襯底層。但是蒸發(fā)的銀膜用作前表面鏡鍍層時(shí)卻因下列兩個(gè)原因受到嚴(yán)重限制：它與基片的粘附性很差；同時(shí)易于受到硫化物的影響而失去光澤。所以通常僅用于短期使用的場合或作為后表面鏡的鍍層。最常用的鋁保護(hù)膜是一氧化硅，此外，氧化鋁也常作為鋁保護(hù)膜。鍍制紫外高反射鏡比鍍 制可見區(qū)和紅外區(qū)的高反射鏡要困難得多?？偨Y(jié)金屬反射膜四點(diǎn)特性高反射波段非常寬闊，可以覆蓋幾乎全部光譜范圍，當(dāng)然，就每一種具體的金屬而言，它都有自己最佳的反射波段。如Al、Cr、Ni（鎳）與玻璃附著牢固；而Au、Ag與玻璃附著能力很差。膜層軟，易劃傷。 鋁：最常用，紫外、可見、紅外216。 金：紅外常用、穩(wěn)定216。在折射率為ng的基片上鍍以光學(xué)厚度為λ0/4的高折射率（n1）的膜層后，光線垂直入射的反射率為： 用高、低折射率交替的，每層λ0/4厚的介質(zhì)多層膜能夠得到更高的反射率。對這樣一組介質(zhì)膜系，在理論上可望得到十分接近于100%的反射率。nH和nL比值愈大，則反射率愈高。理論上只要增加膜系的層數(shù)，反射率可無限地接近100%，實(shí)際上由于膜層中的吸收、散射損失，當(dāng)膜系達(dá)到一定層數(shù)時(shí)，繼續(xù)加鍍兩層并不能提高其反射率。因此，膜系中的吸收和散射損耗限制了介質(zhì)膜系的最大層數(shù)?？梢钥闯?，存在著一個(gè)隨著層數(shù)的增加，反射率穩(wěn)定地增加的高反射帶寬度2△g 。繼續(xù)增加層數(shù)，并不影響高反射帶的寬度，只是增大了反射帶內(nèi)的反射率以及帶外的振蕩數(shù)目。 展寬高反射帶的多層介質(zhì)膜 λ/4膜堆所能得到的高反射區(qū)Δg僅取決于膜料折射率之比值（p31公式）。因此單個(gè) λ/4多層膜的高反射區(qū)是有限的。 因而發(fā)展了一些方法以展寬其高反射帶的寬度。其目的在于確保對十分寬的區(qū)域內(nèi)的任何波長λ，膜系中都有足夠多的膜層，其光學(xué)厚度十分接近λ/4，以給出對λ的高反射率。必須注意的是，如果每個(gè)多層膜都是由奇數(shù)層構(gòu)成，并且最外層的折射率相同，那么在疊加之后，將在展寬了的高反射帶的中心出現(xiàn)透射率峰值。見書p33圖218曲線A和曲線B是測得的兩個(gè)λ/4多層高反射膜的反射率，每個(gè)膜有相同的奇數(shù)層，并且都起止于高折射率層。在兩個(gè)多層膜之間，加進(jìn)一層厚度為1/4平均波長的低折射率層，如曲線D所示，透射峰完全消失，得到寬闊平頂?shù)姆瓷渎是€。三、中性分束膜 中性分束鏡能夠在一定波段內(nèi)把一束光按比例分成光譜成分相同的兩束光， 也即它在一定的波長區(qū)域內(nèi)，如可見區(qū)內(nèi)，對各波長具有相同的透射率和反射率之比值——透反比。分光鏡通?？偸莾A斜使用的，它能把入射光分離成反射光和透射光兩部分。大部份是要求T/R=1，即透反比50／50的中性分束鏡是最常用的。分光膜主要有二種類型：一是金屬分光膜；二是介質(zhì)分光膜。P34圖219（a）把膜層鍍在45176。P34圖219（b）膠合立方體分光鏡的優(yōu)點(diǎn)是，在儀器中裝調(diào)方便，而且由于膜層不是暴露在空氣中，不易損壞腐蝕，因而對膜層材料的機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性要求較低。 金屬中性分光鏡 P34金屬分光鏡是最常用的分光鏡。b、用于制備不同透、反比值的分光膜。Ag膜：吸收小、中性差、穩(wěn)定性差 在一般場合下要求分光膜的吸收小。Al膜和Cr也經(jīng)常用作分光膜；Al膜也存在中性和牢固度的問題。鎳鉻合金（80Ni20Cr) ~5μ的寬闊的波長范圍內(nèi)，顯示出非常平坦的分光特性。金屬膜分光鏡的一個(gè)共同的缺點(diǎn)是吸收損失較大，降低了分光的效率。從空氣側(cè)入射測得的反射率要比從玻璃側(cè)入射測得的要高，而透射率與光的傳播方向無關(guān)。因此必須注意金屬分光膜的正確安置。例如，在玻璃基板上先鍍一層λ/4 硫化鋅膜，然后鍍上鉻膜，就可使分光鏡的吸收顯著減小。 介質(zhì)分光膜 P35 介質(zhì)膜分光鏡與金屬分光鏡相比較，因?yàn)榻橘|(zhì)膜的吸收小到可以忽略的程度，所以分光效率高，這是介質(zhì)分光鏡的優(yōu)點(diǎn)，但是介質(zhì)膜的特性對波長較敏感，給中性分光帶來困難；同時(shí)，一般介質(zhì)膜分光鏡的偏振相應(yīng)較大，這也是它的不足之處。所以必須使用多層介質(zhì)膜。P37圖222在某些光學(xué)系統(tǒng)中，由于平板分光鏡的背面反射造成雙像并引進(jìn)像差，因此必須采用膠合立方體分光鏡，并且采用多層介質(zhì)薄膜。 nL= 時(shí)，它的中心波長的反射率約為50%，但是膜層具有強(qiáng)烈的選擇性，反射光和透射光帶有明顯的色彩。第一步：基于λ0/4膜系，采用G︱HLHL︱G和G︱LHLHL︱G 等膜系。低折射率材料nL=。第二步：提高光譜兩端的反射率，從而達(dá)到改善中性的目的。這樣，除中心波長外，其余波長的反射率都有不同程度的增長。光譜兩端的反射率有所提高，但不十分顯著，所以2L層適宜于作微小的調(diào)整。G︱HLHL2H︱G波長420~%；G︱LHLHL2H︱G波長420~%；G︱2LHLHL2H︱G波長410~%；而且R/T接近1，這對于許多實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)能夠滿足要求。 B、G|LHLHL2H|G。 在這三種膜系中，A是基本的膜系。這是因?yàn)檫@里的L或2L層在膜系中起到平滑光譜的作用，而2H層在這里起到對長短波側(cè)曲線的反射率或透射率有所提高或有所降低以達(dá)到增寬中性范圍的目的。修改后的分光鏡仍應(yīng)保持良好的中性。為了避免應(yīng)用第三種材料，也可采用減小nH /nL比值的方法，使整個(gè)可見區(qū)的反射率曲線下降。例如，G︱LHLHL2H︱G → G︱LH L HL2H︱G 圖中分光曲線在R=50%附近振蕩，基本上達(dá)到了修改的目的。反之也可提高藍(lán)端的反射，降低紅端的反射率。 原理： 對于折射率不同的兩種介質(zhì)的分界面 nH︱nL ，當(dāng)入射角滿足布儒斯特角條件時(shí)，即tgθH=nL/nH ，P—偏振光的反射為零，而S—偏振光則部分反射，部分透射。當(dāng)層數(shù)足夠多時(shí)，S—偏振光的反射率接近于1，P—偏振光的透射率接近于1，因而對于自然光而言，在一定的波長范圍內(nèi)，可以得到50/50的透反比，是良好的中性分光鏡，也是偏振度很高的薄膜偏振鏡。
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