光学薄膜的特性原理及分类

这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察;对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。

　　实验和理论都证明，只有两列光波具有一定关系时，才能产生干涉条纹，这些关系称为相干条件。薄膜的想干条件包括三点： 两束光波的频率相同; 束光波的震动方向相同; 两束光波的相位差保持恒定。

　　薄膜干涉两相干光的光程差公式为：

　　Δ=ntcos（α） ± λ/2

　　式中n为薄膜的折射率;t为入射点的薄膜厚度;α为薄膜内的折射角;λ/2是由于两束相干光在性质不同的两个界面（一个是光疏介质到光密介质，另一个是光密介质到光疏介质）上反射而引起的附加光程差。薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。

　　光是由光源中原子或分子的运动状态发生变化辐射出来的，每个原子或分子每一次发出的光波，只有短短的一列，持续时间约为10亿秒对于两个独立的光源来说，产生干涉的三 个条件，特别市相位相同或相位差恒定不变这个条件，很不容易满足，所以两个独立的一般光源是不能构成相干光源的。不仅如此，即使是同一个光源上不同部分发出的光，由于它们是不同的原子或分子所发出的，一般也不会干涉。

　　3、光学薄膜特点分类

　　主要的光学薄膜器件包括反射膜、减反射膜、偏振膜、干涉滤光片和分光镜等等，它们在国民经济和国防建设中得到广泛的应用，获得了科学技术工作者的日益重视。例如采用减反射膜后可使复杂的光学镜头的光通量损失成十倍的减小;采用高反射膜比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高;利用光学薄膜可提高硅电池的效率和稳定性。

　　最简单的光学薄膜模型是表面光滑、各向同性的均匀介质膜层。在这种情况下，可以用光的干涉理论来研究光学薄膜的光学性质。当一束单色光平面波入射到光学薄膜上时，在它的两个表面上发生多次反射和折射，反射光和折射光的方向有反射定律和折射定律给出，反射光合折射光的振幅大小则有菲涅尔公式确定。

　　光学薄膜根据其用途分类、特性与应用可分为：反射膜、增透膜/减反射膜、滤光片、偏光片/偏光膜、补偿膜/相位差板、配向膜、扩散膜/片、增亮膜/棱镜片/聚光片、遮光膜/黑白胶等。相关衍生的种类有光学级保护膜、窗膜等。

　　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，起表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫反射;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，形成了薄膜的各种向异性;膜层具有复杂的时间效应。

　　反射膜一般可分为两类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。此外，还有将两者结合的金属电介质反射膜，功能是增加光学表面的反射率。

　　一般金属都具有较大的消光系数。当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。人们总是选择消光系数较大，光学性质较稳定的金属作为金属膜材料。在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和铂也常作一些特种薄膜的膜料。由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以必须用电介质膜加以保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。

　　金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽;缺点是光损大，反射率不可能很高。为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。需要指出的是，金属电介质射膜增加了某一波长（或者某一波区）的反射率，却破坏了金属膜中性反射的特点。