除了光學(xué)特性外，光學(xué)薄膜還具有哪些重要的物理性質(zhì)？

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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

在這個科技日新月異的時代，光學(xué)薄膜，這一看似不起眼卻蘊含無限可能的材料，正悄然改變著我們的生活與工業(yè)面貌。提到光學(xué)薄膜，大多數(shù)人首先想到的是它們在顯示技術(shù)、光學(xué)儀器及太陽能電池等領(lǐng)域中對于光線調(diào)控的**能力。然而，光學(xué)薄膜的魅力遠不止于此，它還隱藏著諸多令人驚嘆的重要物理性質(zhì)，今天，就讓我們一同揭開這層神秘面紗，探索它除了光學(xué)特性之外的非凡之處。

1.薄膜的概念與功能

薄膜光學(xué)是指研究光在分層介質(zhì)中傳播規(guī)律的一門科學(xué)，主要包括光在分層介質(zhì)中的透射特性、反射特性、吸收特性以及光的偏振狀態(tài)和相位變化現(xiàn)象。薄膜光學(xué)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括照相機、顯微鏡、望遠鏡、激光技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)、印刷機、大規(guī)模集成電路制板等?？梢哉f，薄膜光學(xué)在現(xiàn)代光電儀器中發(fā)揮著巨大作用。

光學(xué)薄膜是一種多層介質(zhì)或金屬膜，通常鍍在光學(xué)元件或基片上，其主要功能是利用干涉效應(yīng)來改變光波的傳輸特性。這種薄膜厚度通常在幾個波長以內(nèi)，屬于“薄”的范疇，而與之相比，基片的厚度則要大得多，通常在毫米或厘米量級。光學(xué)薄膜通過干涉作用可以實現(xiàn)對光波的調(diào)制，從而實現(xiàn)增加或減少反射率、透過率，實現(xiàn)分光、濾光等效果，控制熱輻射和發(fā)射率，改變光通量，調(diào)整相位，引導(dǎo)光波，實現(xiàn)光開關(guān)和集成光路，改變色光和色溫，存儲光信息，以及實現(xiàn)防偽等功能。

2. 薄膜干涉的特點

薄膜干涉具有時間相干性和空間相干性的特點。薄膜的時間相干性是指薄膜厚度在亞微米量級，小于白光的相干光程，因此薄膜的上下界面將產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象。對于激光等好的相干光源，薄膜的厚度也遠小于相干光程，因此薄膜也會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。然而，對于普通的光學(xué)元件，其厚度在毫米或厘米量級，遠大于白光的相干光程，因此不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。

薄膜的空間相干性是指薄膜的透射率T或反射率R不是空間位置坐標(biāo)(x,y)的函數(shù)，而只是波長λ的函數(shù)。也就是說，薄膜的干涉效應(yīng)不會改變光能的空間位置分布狀況，即薄膜不會根據(jù)空間位置坐標(biāo)進行光能的重新分配，只對各波長的光能進行重新分配。

3. 光學(xué)薄膜的基本假定與表示

為了研究薄膜光學(xué)，我們對薄膜做了一些基本假定。首先，我們假設(shè)薄膜在光學(xué)上是各向同性介質(zhì)，電介質(zhì)的特性可用折射率n表征，并且n是一個實數(shù)。對于金屬和半導(dǎo)體，我們假設(shè)其特性可用復(fù)折射率N=n-jk表征。我們還假設(shè)兩個相鄰介質(zhì)可用一個數(shù)學(xué)界面分開，數(shù)學(xué)界面兩側(cè)相鄰介質(zhì)的折射率n發(fā)生不連續(xù)躍變。此外，我們還假設(shè)折射率n在空間坐標(biāo)上是連續(xù)的，并且可隨膜層的厚度而變化。*后，我們假設(shè)膜層用兩個無限大平行平面分開，膜層厚度在波長數(shù)量級。

薄膜的表示方法主要包括以下幾個方面：

膜層與膜系：膜層是指膜系中的任何一層膜，而膜系則是指具有一定光學(xué)功能的多層薄膜，有時也稱膜堆。

膜層厚度：膜層的厚度主要有三種表示方法，分別是幾何厚度、光學(xué)厚度和相位厚度。幾何厚度指膜層的實際厚度，光學(xué)厚度是膜層等效為光波在真空中的厚度，而相位厚度則指膜層對光波相位的調(diào)制厚度。

膜系與膜層的表示：常見的膜系主要分為周期膜系和非周期膜系。周期膜系一般用H表示高折射率層，L表示低折射率層，A表示空氣，G表示基片，S表示周期數(shù)。舉一個例子：周期膜系A(chǔ)(HL)5G。其中H代表高折射率膜層n1，L代表低折射率膜層n2，A代表入射介質(zhì)空氣，G代表基片玻璃。這個膜系共有5個周期。

對于非周期膜系，此時用k?,k?,k?,… 表示膜層的厚度系數(shù)，完整非周期膜系表示如下：Ak?M?k?M?k?M?…G。

膜系的性能表示：膜系的性能通常用反射光譜曲線和透射光譜曲線來表示。這些曲線反映了不同波長光通過膜系時的反射率和透射率的變化情況。

4. 光學(xué)薄膜的物理基礎(chǔ)

薄膜光學(xué)的物理基礎(chǔ)主要建立在麥克斯韋方程組和電磁波的邊界條件之上。運用這些原理可以推導(dǎo)出菲涅爾公式，這些公式描述了光在界面上的反射和透射行為。

具體的推導(dǎo)過程比較麻煩，所以*后就只給出菲涅爾公式的結(jié)果。

對于s偏振光（電場垂直于入射面，即x-y平面），反射和透射系數(shù)：

對于p偏振光（電場平行于入射面，即x-z平面），反射和透射系數(shù)：

• n1：入射介質(zhì)的折射率，即光從該介質(zhì)入射到界面。

• n2：透射介質(zhì)的折射率，即光從界面透射到該介質(zhì)。

• θi：入射光與界面法線之間的角度。

• θt：透射光與界面法線之間的角度。

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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

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    上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動力，通過鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤空間和競爭優(yōu)勢，為中國的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻力量。