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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