薄膜光学与薄膜技术基础

第一篇薄膜光学基本理论
第1章薄膜光学的电磁理论基础
1.1麦克斯韦方程
1.2平面电磁波
1.2.1复矢量波动方程——齐次矢量亥姆霍兹方程
1.2.2理想介质中的平面波解
1.2.3吸收介质中的平面波解
1.3平均电磁能流密度——光强
1.4电磁波谱、光谱
习题
参考文献
第2章平面光波在两介质分界平面上的反射与透射
2.1各向同性理想介质界面的反射与透射
2.1.1S波反射与透射
2.1.2P波反射与透射
2.2各向同性吸收介质界面的反射与透射
2.2.1S波反射与透射
2.2.2P波反射与透射
2.3非均匀介质界面的反射与透射
2.3.1几何光学近似条件下非均匀介质中的波传播
2.3.2任意非均匀介质界面的反射系数方程
2.4各向异性介质界面的反射与透射
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
2.5反射系数和透射系数随入射角的变化
2.5.1全反射与倏逝波
2.5.2全透射
2.5.3反射系数、透射系数振幅和相位随入射角变化
2.6反射率和透射率
2.6.1理想介质分界面的反射率和透射率
2.6.2吸收介质分界面的反射率和透射率
2.6.3空气与金属导体表面的反射率
习题
参考文献
第3章平面光波在平界面层状介质薄膜中的反射与透射
3.1法向阻抗和光学有效导纳的概念
3.2平面分界面单层均匀介质薄膜的反射与透射
3.3平面分界面多层均匀介质薄膜的反射与透射
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
3.3.2多层增透膜和高反射膜的基本构成特点
3.4非均匀介质膜层的特征矩阵
3.4.1一阶近似
3.4.2二阶近似
3.5各向异性介质薄膜的分层矩阵计算方法
3.5.1各向异性介质中的矩阵波动方程
3.5.2各向异性介质薄膜的矩阵波动方程
3.5.3均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的解
3.5.4单轴各向异性介质薄膜的特征矩阵
3.5.5非均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的数值解
3.5.6单层各向异性介质薄膜的反射与透射
习题
参考文献
第4章膜系设计图示法
4.1矢量法
4.2导纳图解法
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
4.2.2单层膜系等折射率导纳圆图和等相位导纳圆图
4.2.3多层膜系等折射率导纳圆图
4.3金属膜导纳圆图
4.4膜系层间电场分布
习题
参考文献
第二篇光学薄膜分类及应用
第5章增透膜
5.1表面反射对光学系统性能的影响
5.2基底介质非相干叠加的透射率
5.3透射滤光片组合透射率
5.4均匀介质增透膜
5.4.1单层均匀介质增透膜
5.4.2多层均匀介质增透膜
5.5非均匀介质增透膜
5.6入射角变化对透射率的影响
5.7增透膜应用实例——液晶显示增透膜
习题
参考文献
第6章高反射膜
6.1反射镜组合的反射率
6.2周期多层膜系的反射率
6.2.1周期多层膜系的特征矩阵
6.2.2周期多层膜系的反射率和透射率
6.3（HL）m类型的周期多层膜
6.4I（0.5L）H（0.5L）|m聃类型的对称周期多层膜
6.5周期多层膜构成的宽带高反射膜
6.6中远红外区域的多层高反射膜
6.7软X射线区域的多层高反射膜
6.8金属反射镜
6.8.1常用金属反射镜
6.8.2金属—介质反射镜
6.9影响反射特性的因素
6.10高反射镜应用实例
6.10.1激光高反射镜
6.10.2光刻机系统193nm高反射膜
6.10.3DLP／LCoS投影薄膜——宽角度离反射镜
习题
参考文献
第7章带通滤光片
7.1带通滤光片的特性描述
7.2带通滤光片的基本构型——法布里—珀罗干涉仪及其变形
7.3法布里—珀罗干涉仪透射率计算
7.3.1单层薄膜反射与透射计算的有效界面法
7.3.2膜系透射定理
7.3.3法布里—珀罗干涉仪的透射率计算
7.3.4法布里—珀罗干涉仪透射特性分析
7.3.5特殊带通滤光片信噪比的计算
7.4窄带和中等带宽滤光片
7.4.1法布里—珀罗干涉滤光片
7.4.2窄带平顶多腔带通滤光片
7.4.3诱导带通滤光片
7.5超窄带带通滤光片
7.6宽带带通滤光片
7.7带通滤光片的角特性
7.8极远紫外及软X射线区域带通滤光片
7.9多通道窄带带通滤光片
习题
参考文献
第8章截止滤光片
8.1截止滤光片的特性描述
8.2吸收型截止滤光片
8.3干涉型截止滤光片
8.3.11／4波长周期膜系的透射特性
8.3.2周期对称膜系的光学等效导纳和等效相位
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
8.3.4（（0.5H）L（0.5H））m和（（0.5L）H（0.5L））m类型周期对称膜系的透射率
8.3.5透射带内波纹的压缩
8.3.6截止带的展宽
8.3.7透射带的展宽和压缩
8.4金属—介质膜截止滤光片
8.5热反射镜、冷反射镜和太阳能电池覆盖膜
习题
参考文献
第9童带阻滤光片
9.1带阻滤光片的特性描述
9.2周期对称膜系构成的带阻滤光片
9.2.1单个周期对称膜层的等效导纳和等效相位
9.2.2多层膜透射率的不变特性
9.2.3周期对称多层膜通带内波纹的压缩
9.2.4四种介质周期对称膜系构成的带阻滤光片
9.3非周期对称多层膜构成的带阻滤光片
9.4正弦周期折射率带阻滤光片
9.4.1正弦周期折射率带阻滤光片的基本构成特点
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
习题
参考文献
第10章分光镜
10.1中性分光镜
10.1.1金属膜中性分光
10.1.2介质膜中性分光
10.1.3金属—介质膜中性分光
10.2双色分光镜
10.3偏振分光
10.3.1偏振特性的描述
10.3.2平板偏振分光镜
10.3.3棱镜偏振分光
10.3.4宽角宽带偏振分光
10.4消偏振分光
10.4.1偏振分离的描述
10.4.2介质膜消偏振分光设计实例
10.4.3金属—介质膜消偏振分光设计实例
10.4.4其他消偏振分光设计方法
10.5分光中的消色差问题
习题
参考文献
第三篇薄膜技术基础
第11章薄膜制备技术
11.1真空技术简介
11.1.1真空的基本知识
11.1.2真空的获得
11.1.3真空的测量
11.2薄膜制备方法——物理气相沉积
11.2.1蒸镀法
11.2.2溅射法
11.3薄膜制备方法——化学气相沉积
11.3.1化学气相沉积的原理
11.3.2常压化学气相沉积
11.3.3低压化学气相沉积
11.3.4等离子体增强化学气相沉积
11.3.5光化学气相沉积
11.3.6金属有机化学气相沉积
10.3.7原子层沉积
11.4薄膜制备方法——液相沉积
11.4.1化学镀
11.4.2阳极氧化法
11.4.3溶胶—凝胶法
11.4.4电镀
11.4.5LB膜制备技术
11.5光刻蚀
11.5.1光刻工艺
11.5.2光刻胶
11.5.3掩模
11.5.4曝光
11.5.5刻蚀方法
11.5.6无掩模刻蚀
11.5.7刻蚀图形及折射率
习题
参考文献
第12章光学薄膜检测技术
12.1光谱分析技术基础
12.1.1光度计和光谱仪的基本构成
12.1.2紫外—可见光分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪
12.2薄膜透射率和反射率测量
12.2.1透射率测量
12.2.2反射率测量
12.3薄膜吸收和散射测量
12.3.1吸收测量
12.3.2散射测量
12.3.3薄膜表面轮廓及粗糙度测量
12.4光学薄膜常数测量
12.4.1光度法
12.4.2全反射衰减法
12.4.3椭圆偏振法
12.5光学薄膜激光损伤阈值检测
12.5.1光学薄膜激光损伤机理
12.5.2影响光学薄膜激光损伤阈值的因素
12.5.3激光损伤阈值测量方法
12.5.4提高光学薄膜损伤阈值的途径
12.6薄膜微结构和化学成分检测
12.6.1薄膜微结构
12.6.2薄膜微结构检测
12.6.3雕塑薄膜
12.6.4薄膜化学成分检测
12.7薄膜非光学特性测量
12.7.1薄膜应力测量
12.7.2薄膜附着力测量
12.7.3薄膜硬度测量
12.7.4薄膜密度和堆积密度测量
12.7.5薄膜恒温、恒湿和液体侵蚀环境特性检测
习题
参考文献
第13章光学薄膜材料
13.1薄膜结晶形态几何描述
13.1.1晶体结构的基本概念
13.1.2晶体中的缺陷
13.1.3单晶、多晶和非晶薄膜
13.2金属薄膜
13.2.1银膜（Ag）
13.2.2铝膜（Al）
13.2.3金膜（Au）
13.2.4铬膜（Cr）
13.2.5铂膜（Pt）
13.3半导体薄膜
13.3.1锗薄膜（Ge）
13.3.2硅薄膜（Si）
13.3.3氧化铟薄膜（In2O2）
13.3.4氧化锌薄膜（ZnO）
13.3.5硫化锌薄膜（ZnS）
13.3.6二氧化锡薄膜（SnO2）
13.4介质薄膜
13.4.1氟化镁薄膜（MgF2）
13.4.2氧化铝薄膜（Al2O3）
13.4.3氧化铅薄膜（PbO）
13.4.4二氧化硅薄膜（SiO2）
13.4.5氧化钽薄膜（Ta2O5）
13.5毒性薄膜材料
习题
参考文献
附录A元素周期表
附录B光学薄膜材料有用光谱范围
附录C常见薄膜材料参数