目标:根据设计要求,在光学基片(如玻璃、晶体)上沉积多层薄膜,实现对特定波长、入射角或偏振状态的光进行选择性透过或反射。
基本原理:利用光的干涉效应。通过精确控制每层膜的光学厚度,使特定波长的光在膜层间发生相长干涉或相消干涉,从而得到所需的透射或反射光谱。
1. 带通滤光片
功能:只允许特定波长范围的光通过,阻断其他所有波长的光。
结构:通常采用法布里-珀罗干涉仪 结构,即由两个高反射层中间夹一个间隔层构成的基本单元,并通过多个这样的单元组合形成陡峭的透射谱。
膜系设计:
高反射层:由λ/4光学厚度的高折射率材料和低折射率材料交替堆叠而成,如 TiO₂ | SiO₂ 或 Nb₂O₅ | SiO₂。
间隔层:通常为λ/2光学厚度的SiO₂。
关键挑战:控制膜厚均匀性,确保中心波长的一致性;降低通带内的吸收损失。
2. 长波通/短波通滤光片
功能:长波通允许长于截止波长的光通过;短波通则相反。
原理:基于干涉截止效应。
膜系设计:通常采用周期性膜堆,如 (HL)^m H 或 (LH)^m L,其中H代表高折射率材料(如TiO₂, Nb₂O₅),L代表低折射率材料(如SiO₂)。通过膜堆数量和材料组合来设计截止边和截止深度。
3. 抗反射膜
功能:减少光学元件表面的反射损失,增加透光率。
原理:利用单层或多层膜使膜层上下表面的反射光相互抵消。
单层AR膜:膜层光学厚度为λ/4,折射率为基片和空气折射率的几何平均值。适用于单一波长。
宽带AR膜:采用多层不同厚度和折射率的膜层组合,在宽光谱范围内实现极低的反射率。经典结构如 “V型” 四层膜。
4. 高反膜
功能:在特定波长范围内实现极高的反射率。
膜系设计:采用周期性λ/4膜堆,如 (HL)^m,层数越多,反射率越高,反射带宽也受高低折射率比值影响。
应用:激光腔镜、分光镜。