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第一篇　光学多层膜设计5

第1章　光学薄膜特性的理论计算5

1.1　单色平面电磁波5

1.1.1　麦克斯韦方程5

1.1.2　波动方程的解6

1.1.3　光学导纳8

1.1.4　E和H的边界条件9

1.1.5　坡印廷矢量10

1.2　平面电磁波在单一界面上的反射和折射12

1.2.1　反射定律和折射定律12

1.2.2　菲涅尔公式13

1.2.3　第二介质是吸收介质的情况16

1.2.4　全反射18

1.3　光学薄膜特性的理论计算20

1.3.1　单层介质薄膜的反射率20

1.3.2　多层薄膜的特性计算24

1.3.3　光学多层膜特性计算的方框图29

1.4　光学多层膜内的电场强度分布33

习题36

第2章　光学薄膜的设计理论37

2.1　矢量作图法37

2.2　有效界面法40

2.3　对称膜系的等效层43

2.4　导纳图解技术48

习题59

第3章　光学薄膜系统的设计61

3.1　减反射膜61

3.1.1　单层减反射膜61

3.1.2　双层减反射膜64

3.1.3　多层减反射膜68

3.1.4　超宽带减反射膜81

3.1.5　高折射率基片的减反射膜83

3.1.6　可见光区和近红外双波段减反射膜91

3.1.7　塑料基底上的减反射膜94

3.2　分束镜96

3.2.2　介质分束镜97

3.2.1　金属分束镜97

3.3　高反射膜103

3.3.1　金属反射膜103

3.3.2　多层介质高反射膜107

3.3.3　非等厚周期膜系112

3.3.4　展宽高反射带的多层介质膜114

3.4　干涉截止滤光片118

3.4.1　概述118

3.4.2　λ／4多层膜的通带透射率120

3.4.3　通带波纹的压缩123

3.4.4　通带的展宽和压缩127

3.4.5　截止波长和截止带中心的透射率131

3.4.6　截止滤光片倾斜使用时的偏振效应134

3.5　带通滤光片140

3.5.1　法布里—珀珞滤光片140

3.5.2　全介质法布里—珀珞滤光片144

3.5.3　多半波滤光片146

3.5.4　诱导透射滤光片154

3.6　特殊膜系161

3.6.1　全介质光学负滤光片161

3.6.2　偏振分束镜167

3.6.3　消偏振分束镜172

3.6.4　防眩光滤光片179

3.6.5　皱褶（Rugate）滤光片183

习题187

参考文献188

第二篇 薄膜制备技术和微结构特性193

第4章　薄膜制备技术193

4.1　真空淀积工艺193

4.1.1　真空及真空设备193

4.1.2　淀积技术207

4.1.3　工艺因素227

4.2　光学薄膜材料227

4.2.1　金属薄膜228

4.2.2　介质和半导体薄膜234

4.2.3　金属膜与介质膜的比较242

4.2.4　任意折射率薄膜的获得243

4.3.1 目视法246

4.3　薄膜厚度监控技术246

4.3.2　光电极值法249

4.3.3　任意厚度的监控方法和装置260

4.3.4　监控误差的计算机模拟265

4.4　膜层厚度的均匀性271

4.4.1　膜厚的理论分布271

4.4.2　实用蒸发源的蒸汽发射特性278

4.4.3　改善均匀性的措施281

4.4.4　膜厚均匀性的测量285

习题286

参考文献287

5.1.1　表面吸附288

5.1　薄膜的形成过程288

第5章　制备条件对薄膜微观结构和成分的影响288

5.1.2　成核过程289

5.1.3　薄膜生长292

5.2　薄膜的微观结构294

5.2.1　基本的微观结构特性294

5.2.2　微观结构的起因306

5.2.3　薄膜的晶体结构310

5.2.4　微观结构的观测314

5.3　薄膜的成分316

5.4　微观结构和成分对薄膜特性的影响317

5.4.1　光学不稳定性317

5.4.2　光学损耗323

5.4.3　折射率非均匀性330

5.4.4　机械性能332

5.4.5　抗激光损伤338

5.5　薄膜微观结构的改善344

习题351

参考文献352

第三篇 光学薄膜检测技术357

第6章　薄膜透射率和反射率测量357

6.1　光谱分析测试系统的基本原理357

6.1.1　单色仪型分光光度计的基本原理357

6.1.2　基于干涉型的光谱分析系统359

6.2　薄膜光谱透射率的测试361

6.3　薄膜反射率的测量365

6.3.1　单次反射法测试薄膜的反射率365

6.3.2　V-W光路测量薄膜反射率368

6.4　利用激光谐振腔测量激光高反射镜的反射率与损耗370

6.5　总结372

习题373

参考文献373

第7章　薄膜的吸收和散射测量374

7.1　激光量热计基本原理374

7.1.1　速率型量热计375

7.1.2　绝热型量热计376

7.1.3　激光量热计中的测温技术377

7.1.4 区分表面吸收和体内吸收378

7.2　光声、光热偏转法测量薄膜吸收379

7.2.1　光声光谱法379

7.2.2　光热偏转光谱法380

7.3　薄膜散射的标量理论和总积分散射测量385

7.4　散射光的矢量理论和角分布测量390

7.5　谐振腔衰荡薄膜损耗检测法394

7.6　薄膜导波传播衰减系数法396

7.7　总结399

习题400

参考文献400

8.1.1　透明薄膜的光学常数确定403

第8章　薄膜光学常数的测量403

8.1　从透射、反射光谱确定薄膜的光学常数403

8.1.2　弱吸收薄膜光学常数的确定407

8.2　其他薄膜的光学常数测试方法412

8.2.1　表面等离子激元法412

8.2.2　阿贝法检测薄膜的折射率414

8.2.3　椭圆偏振法415

8.3　薄膜波导法420

8.4　光学薄膜厚度的测试423

8.4.1　干涉法测试薄膜厚度423

8.4.2　轮廓法测试薄膜厚度424

习题425

8.5　总结425

参考文献426

第9章　薄膜非光学特性的检测技术428

9.1　薄膜的力学特性检测技术428

9.1.1　薄膜的附着力与硬度的检测428

9.1.2　薄膜的应力检测431

9.2　薄膜器件的环境试验433

9.3　薄膜的微结构与化学成分检测433

9.3.1　薄膜的微结构检测433

9.3.2　薄膜的化学组分测试435

9.4　总结437

习题437

参考文献438

附录441

附录A　复数与复数运算441

A.1　复数的概念441

A.2　复数的三角函数及指数表示方法443

A.3　复数在物理中的运用444

附录B　矩阵及矩阵运算446

B.1　矩阵的定义446

B.2　矩阵运算447

B.2.1　矩阵相加447

B.2.2　矩阵的数乘447

B.2.3　矩阵相乘447

B.2.5　矩阵与线性方程448

B.2.4　逆矩阵448

附录C　光的电磁理论基础450

C.1　振动与波450

C.2 电磁波454

C.3　麦克斯韦方程457

C.4　平面电磁波459

C.5　平面电磁波性质462

C.5.1 电磁波的横波特性462

C.5.2　坡印廷矢量463

C.6 电磁波在介质表面的反射和折射463

C.6.1　边界条件463

C.6.2　反射和折射定律464

C.6.3　菲涅耳公式465

C.6.4　第二介质为吸收介质时的界面反射467

C.6.5　全反射469

附录D　光的干涉471

D.1　波的叠加原理471

D.2　杨氏干涉474

D.3　平板的表面干涉476

D.4　光的空间相干性和时间相干性479

附录E　光的偏振483

E.1 自然光和偏振光483

E.2　偏振光与Jones矩阵484

E.3　偏振光的获得487

E.4　偏振光的检验490