《
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。
wqEO+7)S YC+}H33 b9b384Q1O 目录
kcGs2Y_*& 第一篇 薄膜元学基本理抢
^NwXvp>7- 第1章 薄膜光学的电磁理论基础 1
\Jq$!foYx 1.1 麦克斯韦方程 1
pxy=edd 1.2 平面电磁波 6
TJjcX?:( 1.2.1 复矢量波动方程一一齐次矢量亥姆霍兹方程 6
//T1e7) 1.2.2 理想介质中的平面波解 7
E:'TZ4Z 1.2.3 吸收介质中的平面波解 8
]Y@Db5S$T 1.3 平均电磁能流密度光强 9
E_k<EQ%r 1.4 电磁波谱、
光谱 10
ElLDSo@WvR 习题 12
M+4>l\ 参考文献 12
30cZz 第2章 平面光波在两介质分界平面上的反射与透射 14
4&]Sb} 2.1 各向同性理想介质界面的反射与透射 14
rV;X1x}l 2.1.1 S波反射与透射 14
B'<k*9=Nv8 2.1.2 P波反射与透射 16
Jse;@K5y 2.2 各向同性吸收介质界面的反射与透射 18
3Run.Gv\ 2.2.1 S 波反射与透射 18
mNhVLB 2.2.2 P 波反射与透射 20
4B?8$&b 2.3 非均匀介质界面的反射与透射 21
@)n xX))a 2.3.1 几何光学近似条件下非均匀介质中的波传播 21
bWU4lPfP 2.3.2 任意非均匀介质界面的反射系数方程 24
r: Ij\YQ 2.4 各向异性介质界面的反射与透射 30
O_-Lm4g?4 2.4.1 平面对称各向异性介质中麦克斯韦方程的分量形式 31
{6}H}_(] 2.4.2 平面对称各向异性介质界面的反射与透射 31
Z{&dzc 2.5 反射系数和透射系数随入射角的变化 36
u~[=5r 2.5.1 全反射与倏逝波 36
a;@G 2.5.2 全透射 37
wNQhz.>y 2.5.3 反射系数、透射系数振幅和相位随入射角变化 38
Ed6k7 2.6 反射率和透射率 39
b/^i 2.6.1 理想介质分界面的反射率和透射率 40
M18<d1* 2.6.2 吸收介质分界面的反射率和透射率 41
a@+n 2.6.3 空气与金属导体表面的反射率 43
9Q)9*nHe 习题 44
^&^~LKl~ 参考文献 44
i|M^QKvF 第3章 平面光波在平界面层状介质薄膜中的反射与透射 45
vq(ElXTO 3.1 法向阻扰和光学有效导纳的概念 45
r5#8Vzr 3.2 平面分界面单层均匀介质薄膜的反射与透射 47
vSyR%
j 3.3 平面分界面多层均匀介质薄膜的反射与透射 53
/O@TqH 3.3.1 平面分界面多层均匀介质薄膜反射系数和透射系数计算的矩阵方法 53
hzv4+1Wd[ 3.3.2 多层增透膜和高反射膜的基本构成特点 55
d#l z^Ls2 3.4 非均匀介质膜层的特征短阵 61
<<#j?% 3.4.1 一阶近似 62
,e]|[,r#5 3.4.2 二阶近似 63
*SP@`)\D 3.5 各向异性介质薄膜的分层矩阵计算方法 64
xb6y=L 3.5.1 各向异性介质中的矩阵波动方程 64
b#
v+_7 3.5.2 各向异性介质薄膜的矩阵波动方程 66
]!%
p21e 3.5.3 均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的解 70
.eZsKc-@ 3.5.4 单轴各向异性介质薄膜的特征矩阵 72
e#{,M8 3.5.5 非均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的数值解 74
J%9)&aW 3.5.6 单层各向异性介质薄膜的反射与透射 75
St`3Z/|h 习题 79
<.d^jgG(j 参考文献 79
u(kacQ7 第4章 膜系设计图示法 81
0 rge]w.X 4.1 矢量法 81
"~:AsZ"7 4.2 导纳图解法 87
%t.L;G 4.2.1 单一等效界面等反射率导纳圆图和等相位导纳圆图 87
c}$C=s5 h} 4.2.2 单层膜系等折射率导纳圆图和等相位导纳圆图 89
Ej;BI#gx= 4.2.3 多层膜系等折射率导纳圆图 92
'=eG[#gy 4.3 金属膜导纳圆图 97
J/T$.*X 4.4 膜系层间电场分布 99
C~o\Q#*j 习题 100
L'A>IBrz 参考文献 101
NA`qC.K 第二篇 光学等膜分类反应用
Ja`xG{~Y7i 第5章 增透膜 102
*PSUB{i( 5.1 表面反射对
光学系统性能的影响 102
!=/wpsH 5.2 基底介质非相干叠加的透射率 104
sfo+B$4| 5.3 透射滤光片组合透射率 106
B)!ty" 5.4 均匀介质增透膜 107
Tl/!Dn 5.4.1 单层均匀介质增透膜 107
[p:mja.6y 5.4.2 多层均匀介质增透膜 108
V{D~e0i/v 5.5 非均匀介质增透膜 113
f$2DV:wuC 5.6 入射角变化对透射率的影响 115
|``rSEXYs 5.7 增透膜应用实例液晶显示增透膜 117
+xL*`fn 习题 118
Qo%IZw$l 参考文献 118
*i`t4N
A 第6章 高反射膜 120
9^4BqAWYrV 6.1 反射镜组合的反射率 120
VMZUJ2Yj/& 6.2 周期多层膜系的反射率 121
' 5F3,/r 6.2.1 周期多层膜系的特征矩阵 121
d~hN`ff 6.2.2 周期多层膜系的反射率和透射率 122
B)v|A 6.3 [HL]m类型的周期多层膜 123
9$~a&lXO5 6.4 (0.5L) H(0.5L)m类型的对称周期多层膜 126
P #PRzt 6.5 周期多层膜构成的宽带高反射膜 128
/%F}vW(! 6.6 中远红外区域的多层高反射膜 129
g##yR/L 6.7 软X 射线区域的多层高反射膜 131
e'y$X;nIv 6.8 金属反射镜 134
2d60o~E 6.8.1 常用金属反射镜 134
B3';Tcs 6.8.2 金属一介质反射镜 136
n)bbEXO 6.9 影响反射特性的因素 137
9!>Ks8'.d 6.10 高反射镜应用实例 143
Tu[I84 6.10.1
激光高反射镜 143
6eB2mcV 6.10.2 光刻机系统193nm 高反射膜 144
#`5>XfbmQ( 6.10.3 DLP/LCoS 技影薄膜宽角度高反射镜 145
+qiI;C_P\ 习题 146
nQm
(UN 参考文献 146
/>0
Bm`A 第7章 带通滤光片 149
;i>(r;ZM 7.1 带通滤光片的特性描述 149
Pxy+W*t 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
}fqy vI 7.3 法布里一咱罗干涉仪透射率计算 151
04E
S>'@ 7.3.1 单层薄膜反射与透射计算的有效界面法 151
O,_k.EH 7.3.2 膜系透射定理 153
\;FE@ 7.3.3 法布里一躏罗干涉仪的透射率计算 155
ny'wS 7.3.4 法布里础罗干涉仪透射特性分析 156
2E$K='H:, 7.3.5 特殊带通滤光片信噪比的计算 164
:RG=3T[ 7.4 窄带和中等带宽滤光片 164
kBlk^=h<:w 7.4.1 法布里踊罗干涉滤光片 164
dm~Uj 7.4.2 窄带平顶多腔带通滤光片 172
$*S&i(z 7.4.3 诱导带通滤光片 174
Ja[7/ 7.5 超窄带带通滤光片 183
WMXxP gik 7.6 宽带带通滤光片 185
14S_HwX 7.7 带通滤光片的角特性 186
VTl\'>(Cl 7.8 极远紫外及软X 射线区域带通滤光片 190
1Pp2wpD4iC 7.9 多通道窄带带通滤光片 192
87ptab@ 习题 193
9:4m@dguh- 参考文献 193
ai$s 第8章 截止滤光片 196
? \p,s-CR: 8.1 截止滤光片的特性描述 196
{;^GKb+ 8.2 吸收型截止滤光片 197
4SNDKFw 8.3 干涉型截止滤光片 198
(p!w`MSv 8.3.1 1/4波长周期膜系的透射特性 198
A2p]BW& 8.3.2 周期对称膜系的光学等效导纳和等效相位 199
>MLPmER 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
M'sq{K9 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
+d'1 8.3.5 透射带内波纹的压缩 208
r-'CB 8.3.6 截止带的展宽 210
8 \Uy 8.3.7 透射带的展宽和压缩 212
9?Q0O\&uP 8.4 金属介质膜截止滤光片 218
,\'E<O2T 8.5 热反射镜、冷反射镜和
太阳能电池覆盖膜 218
Cb
i;CF\{ 习题 221
i~i
?M) 参考文献 221
,b,t^xX>) 第9章 带阻滤光片 223
K]H [A, 9.1 带阻滤光片的特性描述 223
"Gc\"'^r 9.2 周期对称膜系构成的带阻滤光片 223
MnBHm!]& 9.2.1 单个周期对称膜层的等效导纳和等效相位 224
QqCwyK0 9.2.2 多层膜透射率的不变特性 224
+&*Ybbhb 9.2.3 周期对称多层膜通带内波纹的压缩 227
Rl[SqmnI)@ 9.2.4 四种介质周期对称膜系构成的带阻滤光片 230
YGsg0I't 9.3 非周期对称多层膜构成的带阻滤光片 231
myqQqVW 9.4 正弦周期折射率带阻滤光片 232
3(
o~|% 9.4.1 正弦周期折射率带阻滤光片的基本构成特点 233
%Y-KjSs+l 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
Rxl/)H[Lc" 习题 241
qE@H~& 参考文献 241
c-`izn] 第10章 分光镜 243
@E%fAC 10.1 中性分光镜 243
X(qs]: 10.1.1 金属膜中性分光 244
wfq}NK; 10.1.2 介质膜中性分光 245
R&@NFin 10.1.3 金属介质膜中性分光 247
:} N;OS _ 10.2 双色分光镜 249
8<_dNt'91 10.3 偏振分光 254
n<3{QqF 10.3.1 偏振特性的描述 254
x#jJ
0T 10.3.2 平板偏振分光镜 255
@s8wYcW 10.3.3 棱镜偏振分光 258
AVi,+n 10.3.4 宽角宽带偏振分光 259
dz,4);Mg 10.4 消偏振分光 262
5-.{RU= 10.4.1 偏振分离的描述 263
Mp_SL^g| 10.4.2 介质膜消偏振分光设计实例 267
5D<"kT 10.4.3 金属一介质膜消偏振分光设计实例 271
"Ax#x 10.4.4 其他消偏振分光设计方法 273
4)].{Z4q 10.5 分光中的消色差问题 280
JXqwy^f 习题 281
miEf<<L#z 参考文献 282
;wF)!d 第二篇 薄膜扶术基础
@q <d^]po 第11章 薄膜制备技术 283
G`R_kg9$ 11.1 真空技术简介 283
ZL+46fj 11.1.1 真空的基本知识 283
3fq'<5 ^ 11.1.2 真空的获得 284
k56*eEc 11.1.3 真空的测量 286
|l673FcJ 11.2 薄膜制备方法物理气相沉积 289
%R@&8 11.2.1 蒸镀法 289
[WN2ZQ 11.2.2 溅射法 300
XT{o
]S~nq 11.3 薄膜制备方法化学气相沉积 306
#|;;>YnZ 11.3.1 化学气相沉积的原理 307
my*E7[ 11.3.2 常压化学气相沉积 308
a
@i?E0Fr 11.3.3 低压化学气相沉积 308
^)S<Ha 11.3.4 等离子体增强化学气相沉积 309
uE^5o\To 11.3.5 光化学气相沉积 310
o>MB8[r 11.3.6 金属有机化学气相沉积 311
NzC&ctPk 11.3.7 原子层沉积 312
_GsHT\ 11.4 薄膜制备方法一一液相沉积 313
uYMH5Om+i 11.4.1 化学镀 313
gjc[\"0a5h 11.4.2 阳极氧化法 314
<59G 11.4.3 溶胶一凝胶法 314
bw*D!mm, 11.4.4 电镀 315
ea6`%,lF~ 11.4.5 LB 膜制备技术 315
T~)zgu%q_ 11.5 光刻蚀 316
]:Sb#=,!&! 11.5.1 光刻工艺 316
0wZAsG"Bg 11.5.2 光刻胶 317
*ez7Q 11.5.3 掩模 318
?Suv.!wfLl 11.5.4 曝光 318
z]n&,q,5g 11.5.5 刻蚀方法 318
,N@N4<C] 11.5.6 无掩模刻蚀 321
<-N7Skkk! 11.5.7 刻蚀图形及折射率 323
A1/[3Bz 习题 323
o{xA{ @< 参考文献 324
v.{I^= 第12章 光学薄膜检测技术 326
;;<[_gp,E 12.1 光谱分析技术基础 326
P;[>TCs ]8 12.1.1 光度计和光谱仪的基本构成 326
i$dF0.}Q 12.1.2 紫外一可见光分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪 330
e*hCf5=- 12.2 薄膜透射率和反射率测量 333
l4Q v$ 12.2.1 透射率测量 333
$X]Z-RCK3 12.2.2 反射率测量 334
e<-^ 12.3 薄膜吸收和散射测量 338
mmBZ}V+&= 12.3.1 吸收测量 338
2br~Vn0N 12.3.2 散射测量 342
c2Up<#t 12.3.3 薄膜表面轮廓及粗糙度测量 344
u#`'|ko\9 12.4 光学薄膜常数测量 347
4<y|SI! 12.4.1 光度法 348
E9#.!re|^ 12.4.2 全反射衰减法 354
=801nZJ 12.4.3 椭圆偏振法 357
S\W&{+3 12.5 光学薄膜激光损伤阔值检测 358
&8@
a" 12.5.1 光学薄膜激光损伤机理 359
h f9yK6 12.5.2 影响光学薄膜激光损伤阔值的因素 360
D}L4uz? 12.5.3 激光损伤阂值测量方法 362
;7bY>zc(w 12.5.4 提高光学薄膜损伤阂值的途径 366
n_1,-(t 12.6 薄膜微结构和化学成分检测 368
/V
f L( 12.6.1 薄膜微结构 368
@j+X>TD 12.6.2 薄膜微结构检测 371
.tt= \R 12.6.3 雕塑薄膜 372
#u$ Z/, 12.6.4 薄膜化学成分检测 373
~PiCA 12.7 薄膜非光学特性测量 375
_Rey~]iJJ8 A:YWXcg