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薄膜光学与薄膜技术基础》是作者多年来从事薄膜光学与薄膜技术课程教学研究成果的总结。《薄膜光学与薄膜技术基础》共分三篇13章:第一篇分为4章,讲述薄膜光学基本理论,内容包括各向同性均匀和非均匀、各向异性均匀和非均匀、吸收和导电层状介质薄膜反射和透射特性计算;第二篇分为6章,分类讲述增透膜、高反射膜、带通滤光片、截止滤光片、带阻滤光片和分光镜的膜系构成、特性描述及其应用;第三篇分为3章,比较全面地介绍了物理气相沉积、化学气相沉积和液相沉积薄膜制备方法原理、光学薄膜检测技术,以及一些金属薄膜、
半导体薄膜和介质薄膜制备实例。鉴于薄膜光学与薄膜技术的飞速发展,《薄膜光学与薄膜技术基础》在取材的深度和广度上充分考虑到现代前沿科学领域的知识内容。
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tL!3 目录
V&>mD"~MP 第一篇 薄膜元学基本理抢
7Yly^ 第1章 薄膜光学的电磁理论基础 1
E|ZLz~ 1.1 麦克斯韦方程 1
ePY69!pO5e 1.2 平面电磁波 6
J72YZrc 1.2.1 复矢量波动方程一一齐次矢量亥姆霍兹方程 6
aZL
FsSY 1.2.2 理想介质中的平面波解 7
2@f?yh0 1.2.3 吸收介质中的平面波解 8
ILT.yxV 1.3 平均电磁能流密度光强 9
|r/4
({n 1.4 电磁波谱、
光谱 10
ZZU"Q7`^ 习题 12
!;.nL-NQ 参考文献 12
gg QI 第2章 平面光波在两介质分界平面上的反射与透射 14
f/]g@/` 2.1 各向同性理想介质界面的反射与透射 14
("_tML 8/p 2.1.1 S波反射与透射 14
fMIKA72>{ 2.1.2 P波反射与透射 16
Q);^gV 2.2 各向同性吸收介质界面的反射与透射 18
"%)^:('Ki 2.2.1 S 波反射与透射 18
Gu\lV c 2.2.2 P 波反射与透射 20
X-J<gI(Y 2.3 非均匀介质界面的反射与透射 21
QiQO>r 2.3.1 几何光学近似条件下非均匀介质中的波传播 21
Z{
b($po 2.3.2 任意非均匀介质界面的反射系数方程 24
>@StKj 2.4 各向异性介质界面的反射与透射 30
zP#%ya:I 2.4.1 平面对称各向异性介质中麦克斯韦方程的分量形式 31
|d=MX>i|G 2.4.2 平面对称各向异性介质界面的反射与透射 31
)Tj\ym-Vl 2.5 反射系数和透射系数随入射角的变化 36
3&7$N#v 2.5.1 全反射与倏逝波 36
,XmyC7y< 2.5.2 全透射 37
a[Oi 2.5.3 反射系数、透射系数振幅和相位随入射角变化 38
C]D voJmBs 2.6 反射率和透射率 39
2z[A&s_ 2.6.1 理想介质分界面的反射率和透射率 40
Auf2JH~ 2.6.2 吸收介质分界面的反射率和透射率 41
s(M8 Y 2.6.3 空气与金属导体表面的反射率 43
\!,qXfTMB 习题 44
y
w>T1 参考文献 44
@M ]7',2" 第3章 平面光波在平界面层状介质薄膜中的反射与透射 45
tJ@5E^'4 3.1 法向阻扰和光学有效导纳的概念 45
K;#9:
Z^+ 3.2 平面分界面单层均匀介质薄膜的反射与透射 47
w|WehNGr 3.3 平面分界面多层均匀介质薄膜的反射与透射 53
-<.b3M h 3.3.1 平面分界面多层均匀介质薄膜反射系数和透射系数计算的矩阵方法 53
+)l6%QKcW 3.3.2 多层增透膜和高反射膜的基本构成特点 55
1U;p+k5c 3.4 非均匀介质膜层的特征短阵 61
{;XO ' 3.4.1 一阶近似 62
m\?H
<o0 3.4.2 二阶近似 63
Irnfr\l. 3.5 各向异性介质薄膜的分层矩阵计算方法 64
[G[|auKF 3.5.1 各向异性介质中的矩阵波动方程 64
KsBi<wY 3.5.2 各向异性介质薄膜的矩阵波动方程 66
_ya_Jf* 3.5.3 均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的解 70
J\x.:=V 3.5.4 单轴各向异性介质薄膜的特征矩阵 72
=)9@rV&~ 3.5.5 非均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的数值解 74
q/HwcX+[b 3.5.6 单层各向异性介质薄膜的反射与透射 75
8m;tgMFO 习题 79
$E]WU?U 参考文献 79
%{ToWLb{I 第4章 膜系设计图示法 81
298@&_ 4.1 矢量法 81
]M5w!O! 4.2 导纳图解法 87
Wa+q[E 4.2.1 单一等效界面等反射率导纳圆图和等相位导纳圆图 87
M;K%=l$NG 4.2.2 单层膜系等折射率导纳圆图和等相位导纳圆图 89
GV T[)jS 4.2.3 多层膜系等折射率导纳圆图 92
smN|r 4.3 金属膜导纳圆图 97
qg#|1J6e 4.4 膜系层间电场分布 99
27-GfC=7* 习题 100
aZ{]t:] 参考文献 101
mh=YrDU+L 第二篇 光学等膜分类反应用
9akIu.H 第5章 增透膜 102
/vLdm-4 5.1 表面反射对
光学系统性能的影响 102
q2C._{ 0' 5.2 基底介质非相干叠加的透射率 104
a@&P\"k 5.3 透射滤光片组合透射率 106
d~U}IMj 5.4 均匀介质增透膜 107
zwa%$U 5.4.1 单层均匀介质增透膜 107
&KS*rHgt? 5.4.2 多层均匀介质增透膜 108
u+Q<>>lU 5.5 非均匀介质增透膜 113
p 3*y8g- 5.6 入射角变化对透射率的影响 115
BHa'`lCb 5.7 增透膜应用实例液晶显示增透膜 117
N\9Wxz$ 习题 118
@XL5$k[Y 参考文献 118
n^2p jTkl 第6章 高反射膜 120
O>H'ok
6.1 反射镜组合的反射率 120
mjtmN0^SR 6.2 周期多层膜系的反射率 121
A\v(!yg 6.2.1 周期多层膜系的特征矩阵 121
O W|5IEC 6.2.2 周期多层膜系的反射率和透射率 122
F+3}Gkn 6.3 [HL]m类型的周期多层膜 123
efu'PfZ`& 6.4 (0.5L) H(0.5L)m类型的对称周期多层膜 126
M'D l_dx- 6.5 周期多层膜构成的宽带高反射膜 128
z[`OYwsW 6.6 中远红外区域的多层高反射膜 129
bYKe5y= 6.7 软X 射线区域的多层高反射膜 131
M#7w54~b?M 6.8 金属反射镜 134
',Q|g^rF] 6.8.1 常用金属反射镜 134
#{BHH;J+ 6.8.2 金属一介质反射镜 136
LnZC)cL
P/ 6.9 影响反射特性的因素 137
;mAlF>6]\ 6.10 高反射镜应用实例 143
*lT: P- 6.10.1
激光高反射镜 143
=
olmBXn/ 6.10.2 光刻机系统193nm 高反射膜 144
exHg<18WSe 6.10.3 DLP/LCoS 技影薄膜宽角度高反射镜 145
Y 3 QrD&V 习题 146
tr t^o 参考文献 146
RU_wr< 第7章 带通滤光片 149
Oe/\@f0bLT 7.1 带通滤光片的特性描述 149
@z-%:J/$ 7.2 带通滤光片的基本构型一一法布里一咱罗干涉仪及其变形 150
NM{/rvM 7.3 法布里一咱罗干涉仪透射率计算 151
f6r~Ycf,f 7.3.1 单层薄膜反射与透射计算的有效界面法 151
i=^!?
i 7.3.2 膜系透射定理 153
%H AforH 7.3.3 法布里一躏罗干涉仪的透射率计算 155
/5$;W'I 7.3.4 法布里础罗干涉仪透射特性分析 156
>3MzsAH\ 7.3.5 特殊带通滤光片信噪比的计算 164
%qYiE!%& 7.4 窄带和中等带宽滤光片 164
;qN;oSK 7.4.1 法布里踊罗干涉滤光片 164
!\6<kQg# 7.4.2 窄带平顶多腔带通滤光片 172
miTySY6^ 7.4.3 诱导带通滤光片 174
w4fz!l] 7.5 超窄带带通滤光片 183
W:gpcR]> 7.6 宽带带通滤光片 185
Ump$N# 7.7 带通滤光片的角特性 186
Ap<kK0#h 7.8 极远紫外及软X 射线区域带通滤光片 190
~stJO]) a 7.9 多通道窄带带通滤光片 192
QK`5KB(k' 习题 193
Sr#\5UDS 参考文献 193
nign"r 第8章 截止滤光片 196
5mYX#//: 8.1 截止滤光片的特性描述 196
DQ*T2*L 8.2 吸收型截止滤光片 197
\~!!h.xR 8.3 干涉型截止滤光片 198
Z.l4< 8.3.1 1/4波长周期膜系的透射特性 198
' %&gER 8.3.2 周期对称膜系的光学等效导纳和等效相位 199
G=ly . 8.3.3 [(0.5H)L(0.5H)]和[ (0.5L) H(0.5L)]类型对称膜系的光学等效导纳和等效相位 201
=}D9sT 8.3.4 [(0.5H)L(0.5H)Jm 和[(0.5L) H(0.5L)]m类型周期对称膜系的透射率 203
6^l|/\Y{ 8.3.5 透射带内波纹的压缩 208
l{o,"P" 8.3.6 截止带的展宽 210
e"D%eFkDW 8.3.7 透射带的展宽和压缩 212
5w+KIHhN| 8.4 金属介质膜截止滤光片 218
9Gc4mwu 8.5 热反射镜、冷反射镜和
太阳能电池覆盖膜 218
X;&Iu{&= 习题 221
tSVWO]< 参考文献 221
=f/CBYNw@V 第9章 带阻滤光片 223
Db`SNk= 9.1 带阻滤光片的特性描述 223
d2a*xDkv 9.2 周期对称膜系构成的带阻滤光片 223
n(h9I'V8)F 9.2.1 单个周期对称膜层的等效导纳和等效相位 224
xMs!FMn[ 9.2.2 多层膜透射率的不变特性 224
E#!tXO&, 9.2.3 周期对称多层膜通带内波纹的压缩 227
4'wbtE| 9.2.4 四种介质周期对称膜系构成的带阻滤光片 230
0Fw4}f.o 9.3 非周期对称多层膜构成的带阻滤光片 231
YT`,f*t 9.4 正弦周期折射率带阻滤光片 232
'EHtA9M 9.4.1 正弦周期折射率带阻滤光片的基本构成特点 233
.mbqsb]&Y 9.4.2 正弦周期折射率带阻滤光片设计的傅里叶变换方法 234
omMOA 习题 241
'CMbqLk# 参考文献 241
>t_h/:JZ) 第10章 分光镜 243
k-Yli21-/| 10.1 中性分光镜 243
M ui\E 10.1.1 金属膜中性分光 244
CkV5PU 10.1.2 介质膜中性分光 245
,g pZz$Ef( 10.1.3 金属介质膜中性分光 247
'Qh1$X)R7a 10.2 双色分光镜 249
;_=N
YG. 10.3 偏振分光 254
vSu
dT 10.3.1 偏振特性的描述 254
Mbp7%^E"A 10.3.2 平板偏振分光镜 255
)qRH?Hsb7 10.3.3 棱镜偏振分光 258
3=Q:{ 10.3.4 宽角宽带偏振分光 259
W cGg 10.4 消偏振分光 262
f{.4#C' 10.4.1 偏振分离的描述 263
r7,}"Pl 10.4.2 介质膜消偏振分光设计实例 267
njc-=o 10.4.3 金属一介质膜消偏振分光设计实例 271
fX.1=BjXi 10.4.4 其他消偏振分光设计方法 273
*`q?`#1&&. 10.5 分光中的消色差问题 280
>UQY3C 习题 281
M!46^q~- 参考文献 282
N=PSr 4 第二篇 薄膜扶术基础
lA pZC6Iwk 第11章 薄膜制备技术 283
gYCr,-_i 11.1 真空技术简介 283
)n]"~I^ 11.1.1 真空的基本知识 283
>%ovL8F 11.1.2 真空的获得 284
[l3ys 11.1.3 真空的测量 286
<5?pa3 11.2 薄膜制备方法物理气相沉积 289
w_f.\\1r 11.2.1 蒸镀法 289
XEnu0gr 11.2.2 溅射法 300
a%A!DzS 11.3 薄膜制备方法化学气相沉积 306
MkL) 11.3.1 化学气相沉积的原理 307
Khb Ku0Z 11.3.2 常压化学气相沉积 308
6`@b@Kd 11.3.3 低压化学气相沉积 308
$AT@r" 11.3.4 等离子体增强化学气相沉积 309
q)mG6Su
d 11.3.5 光化学气相沉积 310
@c- 11.3.6 金属有机化学气相沉积 311
|r*)U(c` 11.3.7 原子层沉积 312
"M, 1ElQ 11.4 薄膜制备方法一一液相沉积 313
D#AqZS>B 11.4.1 化学镀 313
S=0DQ19 11.4.2 阳极氧化法 314
ruQt0q,W3% 11.4.3 溶胶一凝胶法 314
W#%s0EN<_ 11.4.4 电镀 315
(6.uNLr 11.4.5 LB 膜制备技术 315
lXg5UrW 11.5 光刻蚀 316
D<m0G]Ht* 11.5.1 光刻工艺 316
[}YUi>NGA 11.5.2 光刻胶 317
5f{P% x( 11.5.3 掩模 318
qiB~ 11.5.4 曝光 318
(Vr%4Z8 11.5.5 刻蚀方法 318
2j:0!% 11.5.6 无掩模刻蚀 321
oNtoqYwH 11.5.7 刻蚀图形及折射率 323
hJ$9Hb 习题 323
n m<?oI*\ 参考文献 324
BZ=I/L 第12章 光学薄膜检测技术 326
MoE&)~0u& 12.1 光谱分析技术基础 326
Bb:C^CHIQm 12.1.1 光度计和光谱仪的基本构成 326
L;*
s-j6y 12.1.2 紫外一可见光分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪 330
*68 TTBq( 12.2 薄膜透射率和反射率测量 333
J09jBQ]R 12.2.1 透射率测量 333
%rMCiz 12.2.2 反射率测量 334
0_eqO'" 12.3 薄膜吸收和散射测量 338
ICb!AsL 12.3.1 吸收测量 338
odSPl{. >d 12.3.2 散射测量 342
v&|65[< 12.3.3 薄膜表面轮廓及粗糙度测量 344
QYMfxpiC 12.4 光学薄膜常数测量 347
1vxRhS&FY 12.4.1 光度法 348
~%8P0AP 12.4.2 全反射衰减法 354
P&uSh?[ ^ 12.4.3 椭圆偏振法 357
!+Xul_XG 12.5 光学薄膜激光损伤阔值检测 358
N^dQX,j 12.5.1 光学薄膜激光损伤机理 359
!JDr58 12.5.2 影响光学薄膜激光损伤阔值的因素 360
uMEM7$o 12.5.3 激光损伤阂值测量方法 362
Wk<fNHg 12.5.4 提高光学薄膜损伤阂值的途径 366
G;3%k.{ 12.6 薄膜微结构和化学成分检测 368
@^<odmM 12.6.1 薄膜微结构 368
cvaG[NF 12.6.2 薄膜微结构检测 371
Ln4]uqMG. 12.6.3 雕塑薄膜 372
W!wof-1 12.6.4 薄膜化学成分检测 373
Xj
1Oxm42 12.7 薄膜非光学特性测量 375
8i154#l+\ :Ln)j%&