《
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。
g=*jKSZ 4aW@c<-r? .3!Wr*o 目录
@^{Hq6_`
第一篇 薄膜元学基本理抢
]hl*6 第1章 薄膜光学的电磁理论基础 1
Fq9YhR 1.1 麦克斯韦方程 1
h Yu6PWK 1.2 平面电磁波 6
*S$vSDJCW 1.2.1 复矢量波动方程一一齐次矢量亥姆霍兹方程 6
IwYeKN6s 1.2.2 理想介质中的平面波解 7
\Mf>X\} 1.2.3 吸收介质中的平面波解 8
Fr%# 1.3 平均电磁能流密度光强 9
M`MxdwR 1.4 电磁波谱、
光谱 10
p/H.bG!z 习题 12
/y$Omc^ 参考文献 12
%#6@PQ[R. 第2章 平面光波在两介质分界平面上的反射与透射 14
=c8}^3L~7 2.1 各向同性理想介质界面的反射与透射 14
q+P@2FL 2.1.1 S波反射与透射 14
f/Gx}x= 2.1.2 P波反射与透射 16
Rr) 5[ 2.2 各向同性吸收介质界面的反射与透射 18
o)`PSw= 2.2.1 S 波反射与透射 18
WI8}_){ d 2.2.2 P 波反射与透射 20
WT
*"V<Z 2.3 非均匀介质界面的反射与透射 21
X.]I4O&_ 2.3.1 几何光学近似条件下非均匀介质中的波传播 21
oXPA<ef o 2.3.2 任意非均匀介质界面的反射系数方程 24
7DB_Z/uU 2.4 各向异性介质界面的反射与透射 30
1S{Biqi+ 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
j"W>fC/u 2.4.2 平面对称各向异性介质界面的反射与透射 31
`e[S Zj\ 2.5 反射系数和透射系数随入射角的变化 36
C]^Ep 2.5.1 全反射与倏逝波 36
kY0HP a 2.5.2 全透射 37
Hv,|XE@Y 2.5.3 反射系数、透射系数振幅和相位随入射角变化 38
7qKz_O 2.6 反射率和透射率 39
2e48L677- 2.6.1 理想介质分界面的反射率和透射率 40
Zxk~X}K\P 2.6.2 吸收介质分界面的反射率和透射率 41
4GYi' 2.6.3 空气与金属导体表面的反射率 43
|vI*S5kn6A 习题 44
]a3$hAcj6" 参考文献 44
qwTz7r 第3章 平面光波在平界面层状介质薄膜中的反射与透射 45
@"w4R6l+* 3.1 法向阻扰和光学有效导纳的概念 45
JWVV?~1 3.2 平面分界面单层均匀介质薄膜的反射与透射 47
HC`0Ni1 3.3 平面分界面多层均匀介质薄膜的反射与透射 53
X>(1fra4 3.3.1 平面分界面多层均匀介质薄膜反射系数和透射系数计算的矩阵方法 53
_]:b@gXUw 3.3.2 多层增透膜和高反射膜的基本构成特点 55
}{0}$#zu 3.4 非均匀介质膜层的特征短阵 61
WMbkKC.{J 3.4.1 一阶近似 62
_&KqmQ8$7 3.4.2 二阶近似 63
8R~<$xz 3.5 各向异性介质薄膜的分层矩阵计算方法 64
XF`2*:7 3.5.1 各向异性介质中的矩阵波动方程 64
,p2UshOmd 3.5.2 各向异性介质薄膜的矩阵波动方程 66
\;;M")$ 3.5.3 均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的解 70
2+]5}'M 3.5.4 单轴各向异性介质薄膜的特征矩阵 72
!R{IEray 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
DE13x*2 3.5.6 单层各向异性介质薄膜的反射与透射 75
#G9
W65 f 习题 79
|x[I!I7.F 参考文献 79
3:nhZN/95T 第4章 膜系设计图示法 81
?0qVyK_1 4.1 矢量法 81
@N'n>8Wn 4.2 导纳图解法 87
_[:6.oNjIe 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
*,u3Wm|7 4.2.2 单层膜系等折射率导纳圆图和等相位导纳圆图 89
$QbJT`,mr 4.2.3 多层膜系等折射率导纳圆图 92
bpu`'Vx 4.3 金属膜导纳圆图 97
d3%qYL_+a 4.4 膜系层间电场分布 99
%-hSa~20 习题 100
{X,%GI 参考文献 101
8 t+eu O 第二篇 光学等膜分类反应用
/<[0o] 第5章 增透膜 102
ixTjXl2g 5.1 表面反射对
光学系统性能的影响 102
"&(/bdah?& 5.2 基底介质非相干叠加的透射率 104
<^S\&v1C_ 5.3 透射滤光片组合透射率 106
_kKG%U.gbK 5.4 均匀介质增透膜 107
O>`k@X@9/ 5.4.1 单层均匀介质增透膜 107
>`QBN1 Y 5.4.2 多层均匀介质增透膜 108
ss^a=?~ 5.5 非均匀介质增透膜 113
dJuy Jl$* 5.6 入射角变化对透射率的影响 115
Jv~R/qaaD 5.7 增透膜应用实例液晶显示增透膜 117
_|~Dj)z 习题 118
"&L8d(ZuA 参考文献 118
KpN]9d 第6章 高反射膜 120
@52#ZWy 6.1 反射镜组合的反射率 120
`
w;Wud'*< 6.2 周期多层膜系的反射率 121
Lg4|6.Ez|P 6.2.1 周期多层膜系的特征矩阵 121
*F$@!ByV 6.2.2 周期多层膜系的反射率和透射率 122
jN6V`Wh_ 6.3 [HL]m类型的周期多层膜 123
p.:651b 6.4 (0.5L) H(0.5L)m类型的对称周期多层膜 126
\((MoQ9Qk 6.5 周期多层膜构成的宽带高反射膜 128
hs6pp/h> 6.6 中远红外区域的多层高反射膜 129
rgy
I:F. 6.7 软X 射线区域的多层高反射膜 131
a)|y0w)vV 6.8 金属反射镜 134
4*_jGw 6.8.1 常用金属反射镜 134
4Kqo>|C 6.8.2 金属一介质反射镜 136
We6eAP /Z 6.9 影响反射特性的因素 137
!vX4_!% 6.10 高反射镜应用实例 143
XtCIUC{r, 6.10.1
激光高反射镜 143
MqJTRBs% 6.10.2 光刻机系统193nm 高反射膜 144
n7> |$2Y 6.10.3 DLP/LCoS 技影薄膜宽角度高反射镜 145
.0dGS 习题 146
<B@NSj 参考文献 146
`2>p#` 第7章 带通滤光片 149
|E~c#lV 7.1 带通滤光片的特性描述 149
?N4FB*x 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
*eg0^ByeD 7.3 法布里一咱罗干涉仪透射率计算 151
Xg~9<BGsi 7.3.1 单层薄膜反射与透射计算的有效界面法 151
Jp jHbG 7.3.2 膜系透射定理 153
w|dfl * 7.3.3 法布里一躏罗干涉仪的透射率计算 155
>H+tZV 7.3.4 法布里础罗干涉仪透射特性分析 156
y;o - @] 7.3.5 特殊带通滤光片信噪比的计算 164
e5mu- 7.4 窄带和中等带宽滤光片 164
y\v#qFVOZ 7.4.1 法布里踊罗干涉滤光片 164
R*GBxJaw 7.4.2 窄带平顶多腔带通滤光片 172
&JX<)JEB=< 7.4.3 诱导带通滤光片 174
Z/,R{Jgt" 7.5 超窄带带通滤光片 183
)q x;/=D 7.6 宽带带通滤光片 185
y)zZ:lyIq 7.7 带通滤光片的角特性 186
k A=5Kc 7.8 极远紫外及软X 射线区域带通滤光片 190
aOvqk ^ 7.9 多通道窄带带通滤光片 192
GVhqNy
习题 193
-1Tr!I:1 参考文献 193
B}[CU='P* 第8章 截止滤光片 196
vom3C9o 8.1 截止滤光片的特性描述 196
)>2L(~W 8.2 吸收型截止滤光片 197
J4+WF#xI2 8.3 干涉型截止滤光片 198
x[mz`0 8.3.1 1/4波长周期膜系的透射特性 198
;PaU"z+Je~ 8.3.2 周期对称膜系的光学等效导纳和等效相位 199
qu^g~"s 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
`h'+4 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
RB4n>&Y 8.3.5 透射带内波纹的压缩 208
;6 @sC[ 8.3.6 截止带的展宽 210
brp3xgQ`] 8.3.7 透射带的展宽和压缩 212
he(K 8.4 金属介质膜截止滤光片 218
S ,F[74K 8.5 热反射镜、冷反射镜和
太阳能电池覆盖膜 218
'( I0VJJ 习题 221
Gd A!8 参考文献 221
-]wEk%j 第9章 带阻滤光片 223
3;buC|ky 9.1 带阻滤光片的特性描述 223
Q u2
~wp< 9.2 周期对称膜系构成的带阻滤光片 223
e-*@R#x8+ 9.2.1 单个周期对称膜层的等效导纳和等效相位 224
{9(0s| pr 9.2.2 多层膜透射率的不变特性 224
gcnX^[`S 9.2.3 周期对称多层膜通带内波纹的压缩 227
.@): Uh 9.2.4 四种介质周期对称膜系构成的带阻滤光片 230
tN<X3$aN 9.3 非周期对称多层膜构成的带阻滤光片 231
M(L6PyEa!Y 9.4 正弦周期折射率带阻滤光片 232
A|LO!P,w 9.4.1 正弦周期折射率带阻滤光片的基本构成特点 233
n
UmyPQ~ 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
I?Iz5e- 习题 241
-E1-(TS 参考文献 241
WzstO}?P( 第10章 分光镜 243
|8f }3R 9 10.1 中性分光镜 243
,c:NdY(,) 10.1.1 金属膜中性分光 244
)!v"(i.5Xo 10.1.2 介质膜中性分光 245
~*bfS}F8I 10.1.3 金属介质膜中性分光 247
7d
R?70Sz 10.2 双色分光镜 249
P@PF"{S 10.3 偏振分光 254
O:#YLmbCN 10.3.1 偏振特性的描述 254
|K_%]1*riC 10.3.2 平板偏振分光镜 255
i{m!v6j: 10.3.3 棱镜偏振分光 258
7f+@6jqD\) 10.3.4 宽角宽带偏振分光 259
$F^VtCx2& 10.4 消偏振分光 262
H?O5 "4a 10.4.1 偏振分离的描述 263
t$du|q( 10.4.2 介质膜消偏振分光设计实例 267
7LU^Xm8 10.4.3 金属一介质膜消偏振分光设计实例 271
KANR=G 10.4.4 其他消偏振分光设计方法 273
A:ts_* 10.5 分光中的消色差问题 280
pMT7 /y- 习题 281
~-Kx^3(# 参考文献 282
27 XM&ZrZ 第二篇 薄膜扶术基础
fD@d.8nXd 第11章 薄膜制备技术 283
K@*+;6y@ 11.1 真空技术简介 283
^+Nd\tp 11.1.1 真空的基本知识 283
9vP;i= fr 11.1.2 真空的获得 284
v4hrS\M 11.1.3 真空的测量 286
r'Wf4p^Xd 11.2 薄膜制备方法物理气相沉积 289
( 0/M?YQF 11.2.1 蒸镀法 289
^7\kvW 11.2.2 溅射法 300
1iY4|j;ahV 11.3 薄膜制备方法化学气相沉积 306
Soq#cl'll- 11.3.1 化学气相沉积的原理 307
t3<8n;'y: 11.3.2 常压化学气相沉积 308
#1U> 11.3.3 低压化学气相沉积 308
\_O#M
11.3.4 等离子体增强化学气相沉积 309
tkZUjQIX 11.3.5 光化学气相沉积 310
D&F{0 11.3.6 金属有机化学气相沉积 311
R/x3+_.f 11.3.7 原子层沉积 312
yVnG+R& 11.4 薄膜制备方法一一液相沉积 313
AE>W$x8P 11.4.1 化学镀 313
F/ZFO5C% 11.4.2 阳极氧化法 314
4ams~ 11.4.3 溶胶一凝胶法 314
n[0u&m8 11.4.4 电镀 315
xgMh@@e 11.4.5 LB 膜制备技术 315
rmzzbLTu 11.5 光刻蚀 316
`$Rgn3 11.5.1 光刻工艺 316
:0:Tl/)) 11.5.2 光刻胶 317
,2$<Pt; 11.5.3 掩模 318
LUD. 11.5.4 曝光 318
SI~jM:S} 11.5.5 刻蚀方法 318
4
9N.P;b 11.5.6 无掩模刻蚀 321
l S,Jo/T@ 11.5.7 刻蚀图形及折射率 323
'y;Kj 习题 323
N<i5X.X 参考文献 324
@\w}p E 第12章 光学薄膜检测技术 326
pDlrK&;\z 12.1 光谱分析技术基础 326
h"+7cc@ 12.1.1 光度计和光谱仪的基本构成 326
y:98}gW`n 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
uCr& ` 12.2 薄膜透射率和反射率测量 333
P9yMf~ 12.2.1 透射率测量 333
0#OyT'~V% 12.2.2 反射率测量 334
.2c/V 12.3 薄膜吸收和散射测量 338
l+@;f(8} 12.3.1 吸收测量 338
AwNr}9` 12.3.2 散射测量 342
dvjj"F'Bf 12.3.3 薄膜表面轮廓及粗糙度测量 344
B zS4:e< 12.4 光学薄膜常数测量 347
Qwpni^D8j 12.4.1 光度法 348
OU UV8K 12.4.2 全反射衰减法 354
J{b#X"i 12.4.3 椭圆偏振法 357
PolJo?HZ 12.5 光学薄膜激光损伤阔值检测 358
W"Y)a|rG% 12.5.1 光学薄膜激光损伤机理 359
IWu=z!mO 12.5.2 影响光学薄膜激光损伤阔值的因素 360
A9b(P[!]T: 12.5.3 激光损伤阂值测量方法 362
SM8N*WdiU 12.5.4 提高光学薄膜损伤阂值的途径 366
v|(]u3=1_ 12.6 薄膜微结构和化学成分检测 368
iY/2 `R 12.6.1 薄膜微结构 368
RJ@79L*# 12.6.2 薄膜微结构检测 371
@CzFzVmF" 12.6.3 雕塑薄膜 372
0 YFXF 12.6.4 薄膜化学成分检测 373
12U]= 12.7 薄膜非光学特性测量 375
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