第三章-薄膜光学基础理论2-20160407.ppt

要研究前一界面与后一界面的关系，即各界面E,H间的关系用**介绍多次干涉的方法计算反射和透射*举例：在四分之一（三）波长时，N1=3,N2=1.5,R=51%；N1=2,N2=1.5,R=20.7%；**四分之一波长的光学厚度QWOT，二分之一波长的光学厚度HWOT*Unitymatrix单位矩阵基于上述结论，从矩阵的角度推演1，2，3层的Y；另外从等效的角度推演Y**Ifyouswitchthematerialsinthelayers,thenewreflectancebecomes95.7.**SL单层*在厚基片情形时，用多光束反射或透射计算**对于二分之一波长的光学厚度(HWOT)情形Y变成：?s：基底对于四分之一波长的光学厚度(QWOT)情形膜层数=奇数时，Y变成：r：奇数?s：基底膜层数=偶数时，Y变成：r：偶数ns：基底对于四分之一波长的光学厚度(QWOT)情形高反射镜实例：11层TiO2/SiO2交替的(HL)5H结构，基底为玻璃：ns=1.52:其中nH=2.35，nL=1.45减反射(Anti-reflection,AR)层实例一层AR层可以产生零反射：可推出：如果ns=1.517(BK7)，则有n1=1.22基底上镀有单层MgF2薄膜光学——基础理论多层膜的反射、透射、吸收应该说在上面的方程中已经包含了足够的数据，不仅能够计算膜系的反射率、也可以计算透射率和吸收。为了使计算有意义，我们要求入射媒质、基片都是透明的。由坡印廷矢量的平均值公式：薄膜光学——基础理论多层膜的反射、透射、吸收如果在最末一个界面的电矢量振幅为Ek，则基片中的坡印廷矢量为：如果膜系的特征矩阵为：，那么在入射界面坡印廷矢量为：假定入射能流Si，以上公式代表实际进入膜系的能流，即(1-R)Si薄膜光学——基础理论多层膜的反射、透射、吸收所以：薄膜光学——基础理论多层膜的反射、透射、吸收透射率公式还可以有如下形式：吸收率A:薄膜光学——基础理论小结反射率透射率吸收率反射相移薄膜光学——基础理论多层膜的反射、透射、吸收可以证明当每一层的吸收都为0时，整个膜系的吸收A=0，因为薄膜特征矩阵的行列式为1并且任意多的矩阵乘积的行列式也等于1，于是特征矩阵可写成：薄膜光学——基础理论膜系的透射定理无论膜层是否有吸收，膜系的透射率与光的传播方向无关。仅记住该重要结论即可。薄膜光学——基础理论膜系的透射定理我们将膜系一侧的介质记为η0另一侧记为ηn+1,其中η0紧贴第一层膜。在第一种方向时，膜系特征矩阵：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由此可见根据膜系的透射定理，薄膜的透射率从两个方向看时是一样的，所以不可能用薄膜的办法制作单向透光的元件，而反射率、吸收率可一是不同的，人们根据这个原理来制作有些特殊用途的玻璃。薄膜设计软件FilmstarEssentialMacleodTFCalc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图1，图2分别表示入射介质分别为空气、玻璃（n=1.52）时不同材料的p,s光修正导纳随入射角度变化的情况图1图2当光线倾斜入射到薄膜上的情况个人认为：图中的p,s标应调换，即实线为s，虚线为p对膜层光学厚度的影响导致波长漂移45度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对膜层光学厚度的影响导致波长漂移45度30度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——不再考虑干涉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示例1：对于低折射率的基底材料，如K9n=1.516示例2：如果基底材料是高折射率材料，情况就不同了，如锗（Ge)n=4RP(plate):折射率为1.51的玻璃Rp=reflectanceofaplateRa=reflectanceofsideaRb=reflectanceofsidebTP(plate):Tp=transmissionthroughtheplateTa