光学薄膜材料的理论与实践PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 概述 1

1.2 薄膜物理与固体物理 3

1.3 小议光学薄膜制备 6

1.3.1 PVD和CVD技术 6

1.3.2 关于PIAD的一些考虑 8

1.3.3 特性关联 11

1.4 本书的内容与组织结构 13

参考文献 13

第一部分 基础篇 18

第2章 光学常数的基本知识 18

2.1 线性光学的基本经典色散模型 18

2.2 介电函数的解析性质 22

2.3 经典图像下的光学常数与质量密度 25

2.4 经常用于薄膜表征实践的其他色散模型：经典以及高级模型 29

2.4.1 基本评述 29

2.4.2 Brendel模型 34

2.4.3 Tauc-Lorentz模型 37

2.4.4 Cody-Lorentz模型 37

2.4.5 Forouhi Bloomer模型 38

2.5 材料混合物 38

2.5.1 总体思路 38

2.5.2 Maxwell Garnett（MG）方法 41

2.5.3 Lorentz-Lorenz（LL）方法 42

2.5.4 等效介质近似（EMA）或Bruggeman方法 42

2.5.5 基于Maxwell Garnett（MG）方法的一个模型计算 43

参考文献 44

第3章 平面界面 48

3.1 菲涅耳公式 48

3.2 真实的薄膜，真实的表面 51

3.2.1 一些试验结果 51

3.2.2 光学各向同性评述 53

3.2.3 光学不均匀性评述 55

3.2.4 表面粗糙度评述 55

3.3 突变界面与连续形貌的对比 61

3.4 强度系数 63

参考文献 69

第4章 薄膜、基底和多层膜 71

4.1 单层膜 71

4.1.1 通用方程 71

4.1.2 半波长膜层 73

4.1.3 1/4波长膜层 73

4.1.4 存在微弱折射率梯度的膜层（正入射情形下） 77

4.2 基底 80

4.3 基底上的单层膜 82

4.4 多层膜 84

4.5 范例 85

4.5.1 均匀的1/4波长和半波长膜层 85

4.5.2 1/4波长双层膜系 86

4.5.3 1/4波长（QW）膜堆 87

4.5.4 布拉格反射镜 93

4.5.5 皱褶滤光片 95

4.5.6 窄带滤光片（NBP） 98

参考文献 100

第二部分 逆向搜索过程 104

第5章 薄膜光学常数的试验确定 104

5.1 试验技术 104

5.1.1 离线光度法 104

5.1.2 热漂移或真空漂移的测试 113

5.1.3 薄膜生长过程中的在线透过率光谱 114

5.1.4 椭偏法评述 116

5.2 基底的光学参数 117

5.3 薄膜：光学带隙的快速确定 117

5.4 薄膜：包络法 119

5.4.1 正入射 119

5.4.2 倾斜入射 121

5.5 薄膜：基于振子模型的曲线拟合程序 122

5.5.1 常规数学方法 122

5.5.2 数据间隔选取的一些考虑 124

5.5.3 范例 127

5.5.4 与其他方法相比的一致性程度 132

5.6 薄膜：不显性使用色散模型情况下的光学常数确定 133

5.7 基于在线透过率数据的多层膜系统的直接再优化工程 135

参考文献 138

第6章 膜系设计中的材料问题 142

6.1 引言 142

6.2 通用规则 143

6.2.1 一个可解定理和基于极大值原理的几个推论 143

6.2.2 截止波长和可实现的折射率范围 145

6.2.3 倾斜入射 146

6.3 1/4膜堆和光学常数 148

6.4 宽带减反膜和光学常数 149

6.5 可行性分析与计算制造 152

6.5.1 动机 152

6.5.2 关于计算制造运行的思路 153

6.5.3 误差数据的获取 154

6.5.4 范例：增益平坦滤光片 160

6.5.5 将计算制造整合入薄膜生产链 161

参考文献 162

第三部分 用于紫外/可见波段应用的基本镀膜材料 166

第7章 氧化物薄膜：多孔薄膜与致密薄膜 166

7.1 引言 166

7.2 最简化的理论考虑 167

7.3 重要氧化物镀膜材料的参数关联 174

7.3.1 二氧化钛TiO2 174

7.3.2 五氧化二铌Nb2O5 176

7.3.3 五氧化二钽Ta2O5 177

7.3.4 二氧化锆ZrO2 178

7.3.5 二氧化铪HfO2 179

7.3.6 三氧化二铝AL2O3 180

7.3.7 二氧化硅SiO2 182

参考文献 183

第8章 其他紫外/可见波段的镀膜材料 186

8.1 氟化物薄膜 186

8.2 作为真空紫外反射镜的氟化物增强型铝膜 191

8.3 反射镜中的银膜 194

8.4 有机薄膜及其衍生物 197

8.4.1 非晶氢化碳膜 197

8.4.2 有机分子薄膜的特性：范例 200

8.4.3 扩展细节 ：分子光谱半经典描述的基本思想 207

参考文献 214

第四部分 亚波长和纳米结构薄膜 220

第9章 异构薄膜：概述 220

9.1 一种分类尝试 220

9.2 光栅波导结构 224

9.2.1 总体思路 224

9.2.2 传输模和光栅周期 226

9.2.3 吸收的影响 228

9.2.4 范例：窄线宽反射镜设计 229

参考文献 231

第10章 强烈多孔材料和表面结构 232

10.1 在减反用途中作为低折射率材料的蛾眼结构 232

10.1.1 周期蛾眼结构举例 232

10.1.2 塑料表面上的随机蛾眼结构 233

10.1.3 蛾眼结构功能原理评述 234

10.2 吸收材料上的随机表面结构 236

10.3 多孔二氧化硅膜层 238

参考文献 239

第11章 电介质混合物 241

11.1 研究动机 241

11.2 无机混合薄膜实例 244

11.2.1 氧化物混合材料的光学参数 244

11.2.2 混合物薄膜中的应力 246

11.3 无机-有机混合薄膜浅析 247

参考文献 249

第12章 金属岛状薄膜 251

12.1 首要的考虑 251

12.2 在电介质主体中的金属岛：光学薄膜设计中的一种可用构件 255

12.3 金属岛状薄膜的等效光学常数 258

12.4 试验举例 265

12.4.1 试验方法的一些简单介绍 265

12.4.2 例1：氧化铝中的岛状铜膜——等效光学常数对铜含量的依赖关系 267

12.4.3 例2：氧化铝中的岛状银膜——等效光学常数对沉积温度的依赖关系 273

12.5 光学监控的细节 275

12.5.1 理论方法 275

12.5.2 实例：铝膜生长的监控 277

12.6 多层膜中的金属岛状薄膜：实例 279

参考文献 281

第13章 结束语 285

参考文献 285

附录 286

附录A 286

A.1 动机 286

A.2 迎面弹性碰撞 287

A.3 在迎面碰撞模式下的PIAD过程中动量传递的简单模型 288

A.4 对薄膜性能的影响 291

A.5 掠入射碰撞的影响 296

附录B 297

B.1 情况简介与研究动机 297

B.2 惠更斯原理 299

B.3 惠更斯-菲涅耳原理和光波在均匀介质中的传播 300

B.4 惠更斯-菲涅耳原理与界面反射 301

B.5 比较薄的均匀薄膜 303

B.5.1 总体考虑 303

B.5.2 1/4波长膜层 304

B.5.3 半波长膜层 305

B.5.4 非均匀的1/4波长和半波长膜层 306

B.5.5 具有弱梯度的厚膜 308

附录C 311

C.1 主要的模型假设 311

C.2 折射率的计算 312

C.3 热漂移的计算 313

C.4 机械应力的计算 315

C.5 参数的精简 317

C.6 折射率、应力和漂移与孔隙度之间的函数 318

C.7 折射率、应力和漂移之间的相关性 320

C.8 基于无孔隙薄膜中的摩尔斯势的预测 322

附录D 326

D.1 一个量子阱中的能级 326

D.2 量子阱模型在有机分子中的应用 327

参考文献 331

符号和缩略语 334