薄膜系统光学性质的理论分析及其应用探讨

武汉工业学院毕业论文论文题目：薄膜系统光学性质的理论分析及其应用探讨姓名杨磷学号071203203院（系）数理科学系专业电子信息科学与技术指导教师谢柏林2011年05月11日目录摘要...............................................................................................................................IAbstract.........................................................................................................................II第一章绪论............................................................................................................III1.1薄膜光学形成和发展史..................................................................................11.2国内外主要发展现状与趋势..........................................................................11.3薄膜系统光学性质的原理..............................................................................21.4薄膜系统光学性质的特性分析......................................................................2第二章多光束干涉理论..........................................................................................102.1多光束干涉的原理........................................................................................102.2光强计算.........................................................................................................112.3极值条件........................................................................................................112.4法布里—珀罗干涉仪与迈克耳孙干涉仪的比较.......................................122.5应用...............................................................................................................12第三章矩阵理论....................................................................................................143.1目的和内容...................................................................................................143.2动态系统的描述............................................................................................143.2.1电路系统..............................................................................................143.2.2机械系统的振动..................................................................................153.2.3离散系统..............................................................................................153.2.4相关概念及定义.................................................................................153.2.5矩阵运算.............................................................................................17第四章总结和展望..................................................................................................17致谢............................................................................................................................19主要参考文献............................................................................................................20I摘要随着现代科学技术的飞速发展,光学薄膜器件得到了越来越广泛的应用,从日常生活到人造卫星乃至现代光通信,其中都有起着重要作用的光学薄膜器件，例如日常生活中眼镜的镜片膜、平板显示、光通信中的窄带滤波片、高精密光学仪器中各种薄膜元件等。光学薄膜技术在得到广泛的应用同时也导致对其光学性质和制备工艺的要求越来越高。光学薄膜的制作是一个涉及到多学科交叉协作的复杂过程,受到不同材料、不同工艺以及一些突发因素的影响。制备一个高质量的功能性光学薄膜，首先需要对其进行精确的模拟计算，对每一层介质的光学常数和厚度进行控制。当薄膜的厚度在1-100nm尺度时，薄膜具有纳米晶体结构。纳米晶体材料结构不同于常规的晶态或者非晶态，其纳米尺寸的晶体结构比微观的分子大，却又比宏观的体晶体小的多，使得其光学常数表现出不同于常规体模块的光学性质。特别是当薄膜厚度很小时，由于表面原子的影响作用显著，其折射率由于受到与表面原子层的耦合作用会发生显著的变化，人工生长薄膜控制的光学常数包括折射率等色散特性是影响光电子器件性能的关键因素。纳米晶体材料由于其结构特殊，性质优异，已经引起了世界各国科学家的广泛关注和参与。在光学领域里，纳米晶体材料具有许多比体材料更优异的性质，如纳米SiO2光学纤维比其体材料的光传输损耗小得多，有些纳米材料对紫外波段的光具有吸收特性，可用于减少日光灯紫外光对人体的伤害。对纳米晶体薄膜的光学性质的研究，有助于增加人类对光学薄膜的认识，提高光学薄膜的质量，扩大光学薄膜的应用领域。鉴于主要的光学薄膜器件，如反射膜﹑减反射膜﹑偏振膜﹑干涉滤光片和分光镜等等在国民经济和科学研究中有重要的应用，而其常用的介质材料为SiO2和Ta2O5，而目前国内尚未对SiO2,Ta2O5薄膜的折射率等色散特性随厚度变化的变化特性做详细的测量分析，本课题将优先对不同工艺下制备的SiO2和Ta2O5的纳米晶体薄膜的光学性质进行研究]1[。关键词：物理光学薄膜系统光的反射和透射率IIAbstractWiththerapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,opticalthinfilmdeviceshasbeenmorewidelyused,aswellasfromeverydaylifetomodernopticalcommunicationsatellite,whichplaysanimportantroleinboththeopticalthinfilmdevices,suchasglassesindailylifelensmembrane,flatpaneldisplay,opticalcommunicationnarrowbandfilters,high-precisionopticalinstrumentsofvariousfilmcomponents.Opticalthinfilmtechnologyiswidelyusedinthesametimealsoledtopreparationofitsopticalpropertiesandtheincreasinglyhighdemand.Theproductionofopticalthinfilmisamultidisciplinarycollaborationinvolvingthecomplexprocessbydifferentmaterials,differenttechniquesaswellassomeunexpectedfactors.Preparationofahigh-qualityfunctionalopticalfilm,firstofallneedtobeprecisesimulationoftheopticalconstantsofeachlayerandthethicknessofthemediacontrol.Whenthefilmthicknessinthe1-100nmscale,thefilmhasananocrystallinestructure.Structureofnanocrystallinematerialsdifferfromconventionalcrystallineoramorphous,thecrystalstructureofnano-sizedmoleculesthanthemicro-large,butsmallerthanthemacro-crystalmulti-body,makingitdifferentfromtheconventionalopticalconstantsshowtheopticalpropertiesofthebodymodule.Especiallywhenthefilmthicknessissmall,theimpactofsurfaceatomsasasignificanteffect,therefractiveindexofthesurfaceatomiclayerduetothecouplingofasignificantchangeoccurs,artificialcontrolofthegrowthofthinfilmopticalconstantsincludingrefractiveindex,dispersioncharacteristicsaffectingthephotoelectronakeyfactorindeviceperformance.Nanocrystallinematerialsbecauseofitsspecialstructure,thenatureofexcellence,h