光学薄膜的研究进展和应用.doc

光学薄膜的研究进展和应用【摘要】本文介绍了光学薄膜的工作原理,并对光学薄膜的传统光学领域的应用做了简要的概述。又简要说明现代光学薄膜典型应用, 对光学薄膜的制备加以介绍,最后介绍了光学薄膜的发展前景。【关键词】光学薄膜;薄膜应用;薄膜制造; 1. 光学薄膜原理简述所谓光学薄膜是指其厚度能够光的波长相比拟, 其次要能对透过其上的光产生作用。具体在于其上下表面对光的反射与透射的作用。光学薄膜的定义是: 涉及光在传播路径过程中, 附著在光学器件表面的厚度薄而均匀的介质膜层,通过分层介质膜层时的反射、透(折)射和偏振等特性, 以达到我们想要的在某一或是多个波段范围内的光的全部透过或光的全部反射或是光的偏振分离等各特殊形态的光。光学薄膜的特点是: 表面光滑, 膜层之间的界面呈几何分割; 膜层的折射率在界面上可以发生跃变,但在膜层内是连续的;可以是透明介质, 也可以是吸收介质; 可以是法向均匀的, 也可以是法向不均匀的。实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多。这是因为: 制备时, 薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料, 其表面和界面是粗糙的, 从而导致光束的漫散射; 膜层之间的相互渗透形成扩散界面; 由于膜层的生长、结构、应力等原因, 形成了薄膜的各向异性; 膜层具有复杂的时间效应。不同物质对光有不同的反射、吸收、透射性能, 光学薄膜就是利用材料对光的这种性能, 并根据实际需要制造的。 2. 光学薄膜的传统应用光学薄膜按应用分为反射膜、增透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜。减反射膜,是应用最广泛的光学薄膜,它可以减少光学表面的反射率而提高其透射率。对于单一波长, 理论上的反射率可以降到零,透射率为 100% ;对于可见光谱段,反射率可以降低到 % ,甚至更低, 以保证一个由多个镜片组成的复杂系统有足够的透射率和极低的杂散光。现代光学装置没有一个是不经过减反射处理的。由于其具有极低的反射率和鲜艳的表面颜色, 现代人们日常生活中的眼镜普遍都镀有减反射膜。高反射膜,能将绝大多数入射光能量反射回去。当选用介质膜堆时, 由于薄膜的损耗极低, 随着膜层数的不断增加, 其反射率可以不断地增加(趋近于 100% )。这种高反射膜在激光器的制造和激光应用中都是必不可少的。能量分光膜, 可将入射光能量的一部分透射, 另一部分反射分成两束光,最常用的是 T:R=50:50 的分光膜。光谱分光膜, 可将入射光中一部分光谱的能量透射, 另一部分光谱的能量反射,将长波能量反射、短波能量透射的叫做短波通截止滤光膜;将长波能量透射、短波能量反射的叫长波通截止滤光膜。利用它们可以把一束光分成不同的颜色。帯通滤光片, 只允许一个谱段( 可能比较宽, 也可以相当窄) 的光透过, 它是光波的帯通滤波器。窄帯通滤波器在光学仪器中具有获得单色光和抑制系统光学背景的作用, 在光学、医学、刑侦、通讯、生化等领域有广泛应用。超窄带滤光片在光通信中成功地应用于制造密集型的波分复用器( DWDM ) ,从而推动了光通信的发展。宽带通滤光膜最近最成功的应用是用于制造低辐射玻璃, 可以用于发展一种反射能量而又可透过太阳光的建筑窗口玻璃。这在能源费用不断上涨的今天, 必将发展成一个大的产业。 3. 新型光学薄膜的典型应用现代科学技术特别是激光技术和信息光学的发展, 光学薄膜不仅用于纯光学器件, 在光电器件