《薄膜光学》PPT课件.ppt

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1、薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄膜光学的基础理论薄膜光学的基础理论电磁场的基本性质光学薄膜系统特性计算对称膜系等效折射率分析方法介绍麦克劳德的导纳轨迹图解技术薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论光学薄膜基础理论光学薄膜基础理论几个条件：工作波段：光学薄膜厚度于考虑的波长在一个数量级薄膜的面积与波长相比可认为无限大薄膜材料各向均匀、同性薄膜材料为非铁磁性材料光穿过膜层而非沿着膜层在膜层内传播薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱光是电磁波光是电磁波薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄膜的干涉薄膜的干涉两束光产生干涉的条件：两束光产生干涉的条件：频率相

2、同频率相同振动方向一致振动方向一致位相相同或位相差恒定位相相同或位相差恒定薄膜的双光束干涉薄膜的双光束干涉 薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论 薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论单层膜的多光束干涉单层膜的多光束干涉 多光束干涉强度多光束干涉强度的计算原则上和双光的计算原则上和双光束完全相同，也是先束完全相同，也是先把振动迭加，再计算把振动迭加，再计算强度，差别仅在于参强度，差别仅在于参与干涉的光束由两束与干涉的光束由两束增加到多束，至于计增加到多束，至于计算方法则以采用复振算方法则以采用复振幅最为方便。幅最为方

3、便。薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组微分形式积分形式以上是麦克斯韦在电学高斯定律、磁学高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培定律总结归纳出来的薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论E电场强度电场强度 j电流密度矢量电流密度矢量D电位移矢量电位移矢量 jD位移电流矢量位移电流矢量H磁场强度磁场强度 电荷密度电荷密度B磁感应强度磁感应强度 介电常数介电常数磁导率磁导率 电导率电导率个向同性、均匀介质物质方程：个向同性、均匀介质物质方程：D=E B=H j=

4、E麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论0平面电磁波理论平面电磁波理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论c2/v2是一个介质固有的无量纲的常数，将是一个介质固有的无量纲的常数，将c/v记作记作Nn称为折射率；称为折射率；k称为消光系数称为消光系数N称为复折射率；光学导纳称为复折射率；光学导纳薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论整理比较可得：整理比较可得：在光学波段在光学波段约为约为1 薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面

5、电磁波理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论E和和H的关系的关系薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论E和和H的关系的关系薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论 坡印廷矢量坡印廷矢量电磁波传播时，表示单位时间内通过单位面积的能矢量S,称为坡印廷矢量，或能流密度这表明电磁波坡印廷矢量和振幅平方及介质的光学导纳成正比。薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论单一界面的反射和折射单一界面的反射和折射E和和H的边界条件的边界

6、条件薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论反射和折射定律反射和折射定律薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论反射和折射定律反射和折射定律 -菲涅尔折射定律菲涅尔折射定律它不仅适用于介质，同样适用于金属。它不仅适用于介质，同样适用于金属。薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论反射和折射定律反射和折射定律垂直入射的情况：E和H都与界面平行由于第二种介质中没有反射波：H1=Ht E1=Et 在第一种介质中有正方向和反方向两种波薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论反射和折射定律反射和折射定

7、律R可以是正数、也可以是负数（180度为相越变）薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论反射和折射定律反射和折射定律对于倾斜入射：引进一个修正光纳对于倾斜入射：引进一个修正光纳 薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论平面电磁波理论平面电磁波理论布儒斯特角布儒斯特角薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论当第二种材料是吸收材料时当第二种材料是吸收材料时菲涅尔公式还是有效的：这时的透射率没有意义，反射率可以得到：薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论当光线入射到介质、金属表面时当光线入射到介质、金属表面时p-光、光、s光反射率随角度的变化情况光反射率随角度的变化情况薄薄 膜

8、膜 光光 学学基础理论基础理论全反射全反射薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论全反射全反射全反射情况下P光、S光的相位变化薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论电学的高斯定律电学的高斯定律对于任何闭合的假想面（叫高斯面），通过假对于任何闭合的假想面（叫高斯面），通过假想面的电场通量与该面所包围的净电荷之间的想面的电场通量与该面所包围的净电荷之间的关系：关系：薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论磁学的高斯定律磁学的高斯定律对于任何闭合的假想面（叫高斯面），通过假对于任何闭合的假想面（叫高斯面），通过假想面的磁场通量为想面的磁场通量为0：薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律变化的磁场产生电场薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论安培定律电流与磁场的关系薄薄 膜膜 光光 学学基础理论基础理论位移电流位移电流具有与电流相同的量纲及特性