长春理工大学：《薄膜光学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二讲 薄膜光学的基础理论

薄膜光学方一基础理论 薄膜光学的基础理论 电磁场的基本性质 光学薄膜系统特性计算 对称膜系等效折射率分析方法 介绍麦克劳德的导纳轨迹图解技术

薄 膜 光 学——基础理论 薄膜光学的基础理论 ➢电磁场的基本性质 ➢光学薄膜系统特性计算 ➢对称膜系等效折射率分析方法 ➢介绍麦克劳德的导纳轨迹图解技术

薄膜光学方一基础理论 光学薄膜基础理论 几个条件: /工作波段:光学 ˇ薄膜厚度于考虑的波长在一个数量级 √薄膜的面积与波长相比可认为无限大 √薄膜材料各向均匀、同性 ˇ薄膜材料为非铁磁性材料 √光穿过膜层而非沿着膜层在膜层内传播

薄 膜 光 学——基础理论 光学薄膜基础理论 几个条件： ✓工作波段：光学 ✓薄膜厚度于考虑的波长在一个数量级 ✓薄膜的面积与波长相比可认为无限大 ✓薄膜材料各向均匀、同性 ✓薄膜材料为非铁磁性材料 ✓光穿过膜层而非沿着膜层在膜层内传播

薄膜光学方一基础理论 电磁波谱 实验证明,光同元线电波、Ⅹ射线、y射线一样都是电磁 波,仅是它们的频率不同而巴.电磁波的波长A、频率和传 播速度三者之间的关系为 =孔“y 由于各种频率的电磁波在真空中的传播速度相等,所以 频率不同的电磁波,它们的波长也就不同,频率高的波长短, 频率低的波长长,为了便于比较,可以按照无线电波、红外 线可见光、紫外线、X射线和γ射线等的波长(或频率)的大 小把它们依次排成一个谱,这个谱叫做电磁波谱(图1-1)

薄 膜 光 学——基础理论 电磁波谱

电磁波谱 光是电磁波 器 紫阈蓝绿|黄{橙 红 波 长 字宙射线 超短波 乌广短波 ×的

电磁波谱 光是电磁波

薄膜光学方一基础理论 薄膜的干涉 两束光产生干涉的条件: 频率相同 振动方向一致 位相相同或位相差恒定

薄 膜 光 学——基础理论 薄膜的干涉 两束光产生干涉的条件： ➢频率相同 ➢振动方向一致 ➢位相相同或位相差恒定

薄膜光学方一基础理论 薄膜的双光束干涉 光线T和的于涉强度决定于它们的光程差。作D 垂直于光线r1,于是,和的光程差 4=m(AB+B0)-noAD 从图上很容易找出下列几何关系: Bol AB= BOdi/cos 0, AD=AC·sin6o=2d1t62·sinb. 此外,根据折射定律有 ao·sn6o=tan的, 把上面三式代入,得到光程差 B 4=2nd cos 相应的相位差 28=4wc1cos81/0.①

薄膜的双光束干涉 薄 膜 光 学——基础理论

薄膜光学方一基础理论 如果先不考虑光在界面1、2上反射时的相位变,则当 光程差为 2mcco生=mλ(m=0,1,2,… 时,将产生相长干涉;而当 2d∞1=(2+1)~/2(k-0,1,2,…) 时,将产生相消于涉, 干涉强度的计算,可先迭加反射光η和″的振动: B1=?1c8o)t, E2=c0s(t-28), 得到台振动为 E=rc0s(-9), 式中是合振幅,是合振动相位.二者和、丌、28有如下 关系 y3=个1+2+22os28 Ug,p=r sin 28/(r+-ra cos 28) 其中 28=4 ws,d, cos 61/λo

薄 膜 光 学——基础理论

薄膜光学方一基础理论 按照光强定义,反射光合振动的强度B=,而R1= B2=?2.则双光束于涉强度的计算公式是 R=R1+R2±2√RE2828 (1-5) 式中士号由r1和r的符号确定。当牲和同号时取加 号;当r和学异号时取减号,光束由光疏媒质到光密媒 质反射时,反射振幅为负值,表示有的相位跃变;相反,当光 柬由光密媒质到光疏媒质反射时,反射振幅为正值,表示没有 相位跃变.因此,上式中士号正是考虑了界面上反射时的相 位跃变情况,而28则仅指两反射光束经历不同的路径而引入 的相位差

薄 膜 光 学——基础理论

薄膜光学方一基础理论 单层膜的多光束干涉 多光束干涉强度 的计算原则上和双光 束完全相同,也是先 把振动迭加,再计算 强度,差别仅在于参 与干涉的光束由两束 △△ 增加到多束,至于计 算方法则以采用复振 幅最为方便。 t 82 & 多光束于涉

薄 膜 光 学——基础理论 单层膜的多光束干涉 多光束干涉强度 的计算原则上和双光 束完全相同，也是先 把振动迭加，再计算 强度，差别仅在于参 与干涉的光束由两束 增加到多束，至于计 算方法则以采用复振 幅最为方便

薄膜光学方一基础理论 麦克斯韦方程组 微分形式 积分形式 V·D=4mp Dds=4π{pd V·B=0 。 B·ds=0 V×E=1aB c at 中Ed=- ab. ds 又×H-4(计+, H·dl J+ 1 aD 4 at 以上是麦克斯韦在电学高斯定律、磁学髙斯定律、法拉簏 电磁感应定律、安培定律总结归纳出来的

薄 膜 光 学——基础理论 麦克斯韦方程组 微分形式 积分形式 以上是麦克斯韦在电学高斯定律、磁学高斯定律、法拉第 电磁感应定律、安培定律总结归纳出来的