1、薄膜原理與技術課程作業041211031120111054楊帥授課教師：蔣玉蓉薄膜原理與技術課程作業一、簡述寬帶減反射膜在光學儀器中的作用，并設計如下膜系：入射介質1；出射介質1.52；入射角；參考波長580nm；設計要求：400440nm光譜段反射率小于2%；440640nm光譜段反射率小于0.5；640700nm光譜段反射率小于2%。 減反膜的作用：減少介質間界面反射。界面反射會引起光學系統的光能量損失；加劇光學系統的雜散光干擾，加大系統噪聲；在高功率激光系統中，界面反射可能引起反激光，損傷光學元件，所以為減少光能損耗，提高成像質量，照相機、電視機、顯微鏡等等中的光學鏡頭都鍍有減反膜。為盡

2、量減弱反激光，高功率激光系統中的透射光學元件表面也鍍減反膜。 膜系結構：優化結果：二、設計帶通濾光片：入射介質1.52；出射介質1.52；入射角；中心波長550nm；中心波長透過率，通帶半寬度小于5nm。膜系結構：優化結果：三、設計一個中性分光膜： 入射介質1.0；出射介質1.52；入射角；440640nm光譜段。膜系結構：優化結果：四、簡述干涉截止濾光片通帶波紋產生的原因及消除方法并設計如下要求分色鏡：入射介質1，出射介質1.52，入射角，截至波長，在 在。產生波紋的原因：1.等效光學導納失配（波紋的幅度）（R1-R20）。2.等效位相厚度隨波長變化。波紋消除方法：選取適當的膜系，使得在透射

3、帶內的等效折射率等于基質的折射率即使R1=R2。1.改變基本周期的膜層厚度，使等效折射率更接近于預期值。同樣要求基片折射率要低，反射損耗小。這種方法對于可見光可以，紅外區損耗較大。2.在多層膜的每一側加鍍匹配層（/4層），使它與基質以及入射介質匹配。插入層相當于多層膜界面的減反膜。膜系結構：優化結果：五、簡述光電極值法監控原理及其監控精度提高的措施。 監控原理：由多光束干涉原理可知，膜系反射率呈周期性變化，當膜層的光學厚度為監控波長的四分之一整數倍時反射率出現極值。利用膜層沉積過程中反射率（或透射率）隨膜厚變化的這種規律，通過光電膜厚監控儀測沉淀過程中反射率（或透射率）出現的極值點，來監控四分

4、之一波長的整數倍的膜系。 精度提高的措施：硬件設備的改進，如采用雙光路光強信號測量透反射率值代替光路測量值來監控膜厚，可克服由于光波動及探測器波動、漂移帶來的的影響：引入過正控制技術，即利用兩極值點間的監控精度高于極值點的監控精度的特點，將停鍍點移到極值點之后，根據鍍膜檢測過程中各層膜極值點的偏移量來修正理論計算的過正量，提高監控精度。六、簡述薄膜微觀結構的特征及其表征方法，介紹一種薄膜微觀結構觀測原理。特征： 呈現柱狀加空穴結構；柱狀幾乎垂直與基板表面生長，而且上下端尺寸幾乎相同；層與層之間有明顯的界限，上層柱體與下層柱體并不完全連續。薄膜微觀結構中還有很晶體缺陷。X-射線光電子能譜 （XP

5、S）原理： 其原理是用X射線去輻射樣品，使原子或分子的內層電子或價電子受激發射出來。被光子激發出來的電子稱為光電子。可以測量光電子的能量， 不同元素種類、不同元素價態、不同電子層(1s, 2s, 2p等)所產生的能量即XPS不同。以光電子的動能為橫坐標，相對強度（脈沖/s）為縱坐標可做出光電子能譜圖。從而獲得試樣有關信息。 被激發的電子能量可用下式表示：KE = hv - BE - FspecFspec= 譜學功函數或電子反沖能譜學功函數極小，可略去， 得到 KE = hv - BE七、介紹光學薄膜在通訊行業或顯示器產業中的一種應用。 光學薄膜技術一直是光學領域中不可忽略重要基礎技術，而且品質

6、要求也越來越高，加上近年來在資訊顯示及光通訊科技快速發展之下，不論是在顯示設備中分、合色元件，又或是在光通訊主、被動元件開發制程上，薄膜制造技術都是不可忽略重要技術。在顯示器技術、光通訊技術、生醫光電技術上，薄膜技術有其決定性的影響。 光學薄膜與鍍膜技術的應用從精密光學設備、顯示器設備到日常生活中的光學薄膜的應用都比較廣泛。比方說，平時戴的眼鏡、數位相機、各式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術，皆能被稱之為光學薄膜技術應用的延伸。倘若沒有光學薄膜技術作為發展基礎，近代光電、通訊或是雷射技術發展速度，將無法有所進展，這也顯示出光學薄膜技術研究發展重要性。 一般來說，要使用多層薄膜時，必須根據設計者

7、需求，借用高低折射率薄膜堆疊技術，做為各類型光學薄膜設計之用，才能達到事先預期后評估的光學特性。比方說：減反射鏡、高反射鏡、分光鏡、截止濾光鏡、帶通濾光鏡、帶止濾光鏡等；而在電腦分析軟、硬體發展健全的今日，不僅使光學薄膜在設計上變得更為便捷，且光學薄膜技術研究發展也將更為快速。 就目前設計端而言，若以合理特性范圍來考量，光學薄膜制作門檻已經降低不少，技術困難點也很少出現，通常只要在合理要求范圍之內，設計者不難發出適用的光學多層膜結構。不過，光學薄膜最主要關鍵問題，在于薄膜鍍膜工藝技術的改善。這關系到要如何精準地掌控每一層薄膜厚度與折射率，才能獲得預期光學性質和機械特性，甚至在制造量產化及成本降

8、低都有其助益。另外，包括：薄膜材料開發（包括：材料測試、化學純度、材料創新、材料型式）、先進鍍膜技術開發（包括：真空鍍膜機、監控技術）及薄膜的量測分析（膜層設計、厚度誤差分析技巧）等，都是光學薄膜工程上所要面對到的首要課題。 不過，在光學薄膜技術應用上，由于技術本身被歸納為廣泛應用性質，不容易以某一或單一產品作為載具并加以區分；因此，光學薄膜產品技術，最終應用則是在許多光學元件上，若以光學元件各個相關應用市場來探究，更可看出主要附加價值與相關性。 人們對于顯示器畫面尺寸及影像品質及輻射量多少的要求日漸嚴苛，顯示器尺寸也從14吋、20吋、29吋、32吋，變到了更大尺寸，顯示屏也從CRT屏幕發展到

9、LCD屏幕或投影屏幕。因為超過40吋CRT顯示器動輒超過100公斤、厚度也超過35吋；因此，在一般CRT顯示器生產過程中，40吋以上就是一個技術瓶頸。目前要打破尺寸瓶頸技術，就是利用投影技術來達成，借用光學技術放大顯示器尺寸，使其機身厚度變薄，體積變得更為輕盈。 對于投影機產業而言，必須快速對應到燈源進步程度，以及更高亮度、對比度、體積更小、重量更輕等要求。揭開投影機顯示技術中重要光學關鍵零組件，就像是光學引擎、光閥、偏光轉換器等開發技術，對投影顯示技術中的影像品質有著關鍵性影響。舉例來說，在光學引擎的偏振分光稜鏡便是光學引擎中，不可或缺的光學元件，其可見光波要求在420680nm范圍（入射角

10、范圍約30°之內），才能大幅度地分開p偏振光及s偏振光，并維持p偏振光穿透率Tp90以上及消光比達到Tp/Ts500以上，這是因為消光比越高及Tp穿透率也就越高，影像對比度才會更好，色彩一致性越高，獲得較高的光能利用率。 在光學引擎中要用到大量偏振、分光及濾光元件，這些都需要依賴光學薄膜、鍍膜技術來實現，不過這些元件鍍膜技術要求層級很高，導致生產困難度加大。一般來說，目前發展投影機技術，包括：LCD、DLP（MEMS）、LCOS數種發展技術。影像成形技術，則分為穿透式LCD及反射式DLP、LCOS，而在投影機系統中，便需要運用光學薄膜濾光片新的開發技術，從而達到最佳影像品質。對于投影機產業而言，為了迎合燈源技術，以及更高亮度、對比度、體積更小、重量更輕等要求，對于其中所使用的各式光學元件都必須有相對應解決方法。而為了達到需求，這對光學薄膜技術來說，已不能單純使用傳統的整數膜堆設計來完成，非整數膜堆設計必要時也要能被大量采用。不過，對非整數膜堆技術而言，除了先天上設計