薄膜光学技术1.ppt

干涉理论回顾 一、光学薄膜 —— 薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系——干涉薄膜。 回顾： 1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。 2、干涉现象： ⑴ 单色光产生亮暗相间的空间干涉条纹； ⑵多色混合光出现空间分离； ⑶ 偏振光产生新的偏振状态。 1、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。 2、薄膜干涉现象： 　⑴ 单色光产生中央条纹（光斑）占据130°以 上空间，看不到同一波长的相邻条纹； ⑵看不到白光条纹，但可以看到： 　　　　①不同方向有不同的干涉色； 　　　 ②同一方向在波长域有不连续的带状条纹。 E、H、k0 之间的右旋法则 电磁场的边界条件 在两种介质的分界面上没有面电荷和面电流的情况下，电磁场量H和E的切向分量是连续的。 其中，计算 和 时，公式中的 应代入 ； 计算 和 时，公式中的 应代入 。 显然,引入修正导纳的好处是菲涅耳公式的形式简化易记了。 3 等效界面思想 将一个多界面的薄膜系统等效地看作一个单一界面。等效界面两侧的介质分别是入射介质和等效介质。入射介质的折射率仍旧是N0，等效介质具有等效光学导纳。 因此，薄膜系统的反射率就是等效界面的反射率，而等效界面的反射率计算公式是： a. 在每一界面运用Maxwell边值关系，将界面两侧的场联系起来； b. 利用膜层位相厚度，将每一膜层上下两界面内侧的场联系起来； c. 将所有界面所得关系式联立迭代，得到入射介质与出射介质中电磁场的关系式。 d. 以入射介质中的电磁场为桥梁，建立等效介质的等效导纳与被等效真实膜系参数之间的关系。 单层薄膜界面两侧的电磁场 注意：图中箭头的方向是与电场相对应的光的传播方向．即　的方向。 ⑵、在界面2两侧电磁场之间的关系方程式为： ⑶、在界面1、2 内侧，同一时刻，不同纵坐标、相同横坐标的两点的场强之间的关系是： 其中： －薄膜的位相厚度。 注意： 　　　　　　　　薄膜的有效光学厚度， 　　　　薄膜的实际光学厚度， 　　　　　薄膜的几何厚度。 强调说明： ① 是膜层与基底组 　 　　　　　　　　　　　　　　合的特征矩阵。 ② 是膜层的特征矩阵。 ③ 中使用的是N 1 ，不是η1。 无论是S偏振还是P偏振，其位相厚度、光学厚度都是相同的； δ1是波长的函数，不同的波长对应不同的δ1 ④ Y是膜层与基底组合的等效光学导纳，随波长急剧变化强烈色散。 1）.由等效导纳计算的单层薄膜的反射率 2）.由干涉叠加得到的单层薄膜的反射率 将 代入上式，并注意到 解得： 小结论: 使用电磁场边值关系得到的是干涉叠加的结果。 电磁场边值关系的本质涵义与干涉叠加本质涵义的一致性所决定。 （1）. 即：位相厚度相差为π的整数倍的同一材料的单层介质膜，对同一波长有相同的反射率。 由于光学厚度与位相厚度之间存在关系 “位相厚度相差为π的整数倍”的膜层的“光学厚度相差为λ/2的整数倍”， 因此，光学厚度相差为λ/2的整数倍的同一材料的单层介质膜，对同一波长有相同的反射率。 （2）膜层反射率的极值. 即：当膜层有效光学厚度为λ/4的整数倍时，膜层反射率为极值． ①当m是奇数时， ②当m是偶数时， 即，镀有光学厚度为λ/2的整数倍膜层的表面对波长λ的反射率与没有镀此膜层的表面的对波长λ的反射率相同。此膜层被称作“虚设层”。 ① 当m是奇数，n1＜nS时，R(λ)=Rmin； n1＞nS时，R(λ)=Rmax. ② 当m是偶数，n1＜nS时，R(λ) =Rmax = RS；