《
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。
k^v P|*eu O6Jn$'os1# si.w1 目录
Jx_BjkF 第一篇 薄膜元学基本理抢
J'no{3Ktz 第1章 薄膜光学的电磁理论基础 1
l=?G"1 1.1 麦克斯韦方程 1
d1=fA%pJ 1.2 平面电磁波 6
_"R /k`8 1.2.1 复矢量波动方程一一齐次矢量亥姆霍兹方程 6
z6f N)kw 1.2.2 理想介质中的平面波解 7
M5>cYVG 1.2.3 吸收介质中的平面波解 8
T\Ld)'fNv 1.3 平均电磁能流密度光强 9
YqSkz|o}m 1.4 电磁波谱、
光谱 10
qL?`l;+ 习题 12
A9L
{c!|- 参考文献 12
,2?S ua/LD 第2章 平面光波在两介质分界平面上的反射与透射 14
jizp\%W+ 2.1 各向同性理想介质界面的反射与透射 14
zxffjz,Fe: 2.1.1 S波反射与透射 14
eod-N}o 2.1.2 P波反射与透射 16
(c=.?{U 2.2 各向同性吸收介质界面的反射与透射 18
iR(jCD?) Y 2.2.1 S 波反射与透射 18
ygn]f*;?kw 2.2.2 P 波反射与透射 20
c mI&R( 2.3 非均匀介质界面的反射与透射 21
m"y_@Jk 2.3.1 几何光学近似条件下非均匀介质中的波传播 21
9C2DW,? 2.3.2 任意非均匀介质界面的反射系数方程 24
(viGL|Ogn 2.4 各向异性介质界面的反射与透射 30
Y ~%9TC 2.4.1 平面对称各向异性介质中麦克斯韦方程的分量形式 31
(^4V]N& 2.4.2 平面对称各向异性介质界面的反射与透射 31
3(n+5~{e 2.5 反射系数和透射系数随入射角的变化 36
sF+Bu'9A 2.5.1 全反射与倏逝波 36
zEYT,l 2.5.2 全透射 37
krI@N}OU 2.5.3 反射系数、透射系数振幅和相位随入射角变化 38
E|K~WO]>o 2.6 反射率和透射率 39
OELh6R 2.6.1 理想介质分界面的反射率和透射率 40
\Q m1+tg 2.6.2 吸收介质分界面的反射率和透射率 41
E+$%88 2.6.3 空气与金属导体表面的反射率 43
ltH?Ew<] 习题 44
#2qDn^s 参考文献 44
7g&"clRGO 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
)ir*\<6Y= 3.1 法向阻扰和光学有效导纳的概念 45
9C_Vb39::$ 3.2 平面分界面单层均匀介质薄膜的反射与透射 47
M~jV"OF= 3.3 平面分界面多层均匀介质薄膜的反射与透射 53
mOQN$d [ 3.3.1 平面分界面多层均匀介质薄膜反射系数和透射系数计算的矩阵方法 53
K[~fpQGbV1 3.3.2 多层增透膜和高反射膜的基本构成特点 55
YLVZ]fN=> 3.4 非均匀介质膜层的特征短阵 61
ap y#8] 3.4.1 一阶近似 62
rE[:j2HF 3.4.2 二阶近似 63
^;@Q3~DpP% 3.5 各向异性介质薄膜的分层矩阵计算方法 64
1x8zub B 3.5.1 各向异性介质中的矩阵波动方程 64
7)U08" 3.5.2 各向异性介质薄膜的矩阵波动方程 66
}>
pNf 3.5.3 均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的解 70
?wpS 3.5.4 单轴各向异性介质薄膜的特征矩阵 72
:,'yHVG\ 3.5.5 非均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的数值解 74
Z>t,B%v 3.5.6 单层各向异性介质薄膜的反射与透射 75
v3q.,I_ 习题 79
44p?x8(z* 参考文献 79
C@#KZ`c) 第4章 膜系设计图示法 81
Y"dUxv1Ap 4.1 矢量法 81
z:7
i@m 4.2 导纳图解法 87
jf
WZLb) 4.2.1 单一等效界面等反射率导纳圆图和等相位导纳圆图 87
aHR&6zj4 4.2.2 单层膜系等折射率导纳圆图和等相位导纳圆图 89
k=D}i\F8 4.2.3 多层膜系等折射率导纳圆图 92
Un.u{$po 4.3 金属膜导纳圆图 97
]8;2Oh
4.4 膜系层间电场分布 99
J+o6*t2| 习题 100
6hX[5?} 参考文献 101
2QN ~E 第二篇 光学等膜分类反应用
}S_#*N)i 第5章 增透膜 102
a2!;$B% 5.1 表面反射对
光学系统性能的影响 102
bnYd19> 5.2 基底介质非相干叠加的透射率 104
|h6u%t2AY 5.3 透射滤光片组合透射率 106
BdQ/kXZu+ 5.4 均匀介质增透膜 107
r-aCa/4y! 5.4.1 单层均匀介质增透膜 107
4?2$~\
x 5.4.2 多层均匀介质增透膜 108
q0y#Y 5.5 非均匀介质增透膜 113
OoqA`%
5.6 入射角变化对透射率的影响 115
r;C
BA'Z 5.7 增透膜应用实例液晶显示增透膜 117
dum(T 习题 118
w$1B|7tX;2 参考文献 118
XK=-$2n 第6章 高反射膜 120
#x|IEjoa 6.1 反射镜组合的反射率 120
&s>E~M0+J 6.2 周期多层膜系的反射率 121
E# UAC2Q 6.2.1 周期多层膜系的特征矩阵 121
%~$coZY^ 6.2.2 周期多层膜系的反射率和透射率 122
&RL
j^A! 6.3 [HL]m类型的周期多层膜 123
4;D>s8dgG 6.4 (0.5L) H(0.5L)m类型的对称周期多层膜 126
Bl1^\[# 6.5 周期多层膜构成的宽带高反射膜 128
hqwDlapTt 6.6 中远红外区域的多层高反射膜 129
T}r}uw` 6.7 软X 射线区域的多层高反射膜 131
'irHpN6n 6.8 金属反射镜 134
>)6d~ 6.8.1 常用金属反射镜 134
IQNvhl.{ 6.8.2 金属一介质反射镜 136
@5:#J! 6.9 影响反射特性的因素 137
yZyB.wT 6.10 高反射镜应用实例 143
3:ELYn 6.10.1
激光高反射镜 143
l/6$BPU` 6.10.2 光刻机系统193nm 高反射膜 144
dc=~EG-_rM 6.10.3 DLP/LCoS 技影薄膜宽角度高反射镜 145
3@8Zy:[8< 习题 146
fB"It~ p 参考文献 146
`\Ye:$q 第7章 带通滤光片 149
3^-yw` 7.1 带通滤光片的特性描述 149
1}XESAX;0 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
[MI ? 7.3 法布里一咱罗干涉仪透射率计算 151
"IuPg=|# 7.3.1 单层薄膜反射与透射计算的有效界面法 151
-?Kd[Ma 7.3.2 膜系透射定理 153
&++tp5 7.3.3 法布里一躏罗干涉仪的透射率计算 155
>V|KS(}s 7.3.4 法布里础罗干涉仪透射特性分析 156
#y>q)Ph 7.3.5 特殊带通滤光片信噪比的计算 164
:211T&B%A_ 7.4 窄带和中等带宽滤光片 164
t=BXuFiu 7.4.1 法布里踊罗干涉滤光片 164
0Ma3 7.4.2 窄带平顶多腔带通滤光片 172
sMHP=2## 7.4.3 诱导带通滤光片 174
oF {u 7.5 超窄带带通滤光片 183
4khc*fh 7.6 宽带带通滤光片 185
\VAm4 7.7 带通滤光片的角特性 186
|:)ARH6l# 7.8 极远紫外及软X 射线区域带通滤光片 190
k+;XQEH 7.9 多通道窄带带通滤光片 192
*h4x`luJ 习题 193
''3b[< 参考文献 193
d*tn&d~k, 第8章 截止滤光片 196
/P
koqA, 8.1 截止滤光片的特性描述 196
o%_Hmd;_' 8.2 吸收型截止滤光片 197
gBd@4{y6C. 8.3 干涉型截止滤光片 198
['JIMcD 8.3.1 1/4波长周期膜系的透射特性 198
|Q*OA 8.3.2 周期对称膜系的光学等效导纳和等效相位 199
* G0I2 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
ka?EXF: 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
0jmPj 8.3.5 透射带内波纹的压缩 208
56 [+;* 8.3.6 截止带的展宽 210
/j$`Cq3I 8.3.7 透射带的展宽和压缩 212
y@2$sK3K 8.4 金属介质膜截止滤光片 218
q:vc;y 8.5 热反射镜、冷反射镜和
太阳能电池覆盖膜 218
>))K%\p
习题 221
_]6n]koD, 参考文献 221
:V
ZXI#([ 第9章 带阻滤光片 223
~Sc{\ZJl 9.1 带阻滤光片的特性描述 223
`w
K6B5> 9.2 周期对称膜系构成的带阻滤光片 223
H%G|8,4 9.2.1 单个周期对称膜层的等效导纳和等效相位 224
Dg'BlrwbR 9.2.2 多层膜透射率的不变特性 224
Xn
#v! 9.2.3 周期对称多层膜通带内波纹的压缩 227
45U!\mG 9.2.4 四种介质周期对称膜系构成的带阻滤光片 230
t~kh?u].j 9.3 非周期对称多层膜构成的带阻滤光片 231
gvCQ![ 9.4 正弦周期折射率带阻滤光片 232
~Hb2-V 9.4.1 正弦周期折射率带阻滤光片的基本构成特点 233
7x//4G 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
Y |'}VU 习题 241
BVe c 参考文献 241
.
l-eJ 第10章 分光镜 243
A|
s\5"?? 10.1 中性分光镜 243
|$G|M=*LN 10.1.1 金属膜中性分光 244
4"d'iY 10.1.2 介质膜中性分光 245
i>{.Y}; 10.1.3 金属介质膜中性分光 247
d$#DXLA\P 10.2 双色分光镜 249
<Oihwr@5< 10.3 偏振分光 254
A?4s+A@Eg 10.3.1 偏振特性的描述 254
v18OUPPX 10.3.2 平板偏振分光镜 255
|?<^4U8 10.3.3 棱镜偏振分光 258
9`T2 10.3.4 宽角宽带偏振分光 259
|DkK7gw 10.4 消偏振分光 262
u )kQ*& 10.4.1 偏振分离的描述 263
HJ0Rcw% 10.4.2 介质膜消偏振分光设计实例 267
K_o[m!:jU 10.4.3 金属一介质膜消偏振分光设计实例 271
mJ JF 10.4.4 其他消偏振分光设计方法 273
K %.>o 10.5 分光中的消色差问题 280
Apbgm[m|{ 习题 281
q:<vl^<j 参考文献 282
?5<x$YI 第二篇 薄膜扶术基础
Yx':~ 第11章 薄膜制备技术 283
(g3@3.Kk) 11.1 真空技术简介 283
,?(U4pzX 11.1.1 真空的基本知识 283
g66x;2Q 11.1.2 真空的获得 284
^k5# {?I 11.1.3 真空的测量 286
9^1li2z k{ 11.2 薄膜制备方法物理气相沉积 289
M~Ph/ 11.2.1 蒸镀法 289
"5b4fQ;x 11.2.2 溅射法 300
n0%5mTUN 11.3 薄膜制备方法化学气相沉积 306
>?|c>HGX 11.3.1 化学气相沉积的原理 307
]:}x 4O# 11.3.2 常压化学气相沉积 308
Rg%Xy`gS 11.3.3 低压化学气相沉积 308
a,eJO ?? 11.3.4 等离子体增强化学气相沉积 309
tJ9gwx7Pg 11.3.5 光化学气相沉积 310
-fT}Nj\ 11.3.6 金属有机化学气相沉积 311
,iMdv+ 11.3.7 原子层沉积 312
[Y-3C47 11.4 薄膜制备方法一一液相沉积 313
eZMfn$McJv 11.4.1 化学镀 313
#8r1<`']! 11.4.2 阳极氧化法 314
8)XAdAr 11.4.3 溶胶一凝胶法 314
I]6,hygs 11.4.4 电镀 315
gVI T6"/ 11.4.5 LB 膜制备技术 315
d:JP935 11.5 光刻蚀 316
fR#W#n#m 11.5.1 光刻工艺 316
j5MUP&/g3 11.5.2 光刻胶 317
<|1Kh ygv 11.5.3 掩模 318
|u_fVQj 11.5.4 曝光 318
EnP> 11.5.5 刻蚀方法 318
EqF>=5* 11.5.6 无掩模刻蚀 321
uxbLoE 11.5.7 刻蚀图形及折射率 323
yM#
%UeZ\ 习题 323
?yKG\tPhM 参考文献 324
{Lugdf' 第12章 光学薄膜检测技术 326
MN[D)RKh; 12.1 光谱分析技术基础 326
EL(BXJrx{ 12.1.1 光度计和光谱仪的基本构成 326
GsU.Lkf 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
to(lE2`.da 12.2 薄膜透射率和反射率测量 333
Dn:1Mtj- 12.2.1 透射率测量 333
TF~cDn 12.2.2 反射率测量 334
"1%\Fi l 12.3 薄膜吸收和散射测量 338
FXh*!%"* 12.3.1 吸收测量 338
OXS.CFZM 12.3.2 散射测量 342
kJpr:4;@_ 12.3.3 薄膜表面轮廓及粗糙度测量 344
lY[\eQ
1: 12.4 光学薄膜常数测量 347
Wn&9R
j 12.4.1 光度法 348
cv-;fd>' 12.4.2 全反射衰减法 354
9 e;8"rJ?C 12.4.3 椭圆偏振法 357
S~U5xM^s 12.5 光学薄膜激光损伤阔值检测 358
g1I8_!}~ 12.5.1 光学薄膜激光损伤机理 359
WXd#`f % 12.5.2 影响光学薄膜激光损伤阔值的因素 360
S2:G#%EAa 12.5.3 激光损伤阂值测量方法 362
,:%
h`P_ 12.5.4 提高光学薄膜损伤阂值的途径 366
CPcB17! 12.6 薄膜微结构和化学成分检测 368
]sJjV
A 12.6.1 薄膜微结构 368
j+[oZfH 12.6.2 薄膜微结构检测 371
&(h@]F! 12.6.3 雕塑薄膜 372
xtK}XEhG! 12.6.4 薄膜化学成分检测 373
&n]]OPo 12.7 薄膜非光学特性测量 375
TGuCIc0B{ wU-Cb<^