光學薄膜的(光學干涉光電效應以及光學薄膜的一些應用知識；)
1.光學干涉、光電效應以及光學薄膜的一些應用知識；
光電效應概述 光照射到某些物質上，引起物質的電性質發(fā)生變化，也就是光能量轉換成電能。
這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應（Photoelectric effect）。這一現(xiàn)象是1887年赫茲在實驗研究麥克斯韋電磁理論時偶然發(fā)現(xiàn)的。
1888年，德國物理學家霍爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）證實是由于在放電間隙內出現(xiàn)荷電體的緣故。1899年，J·J·湯姆孫通過實驗證實該荷電體與陰極射線一樣是電子流。
1899—1902年間，勒納德（P·Lenard）對光電效應進行了系統(tǒng)研究，并命名為光電效應。1905年，愛因斯坦在《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個啟發(fā)性觀點》一文中，用光量子理論對光電效應進行了全面的解釋。
1916年，美國科學家密立根通過精密的定量實驗證明了愛因斯坦的理論解釋，從而也證明了光量子理論。 光電效應編輯本段簡介 光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏特效應。
前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。
赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子。
光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的頻率而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。
還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面?？墒聦嵤?，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。
正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規(guī)定的能量單位（即光子或光量子）所組成。 光電效應里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關 ，光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產(chǎn)生影響. 光電效應說明了光具有粒子性。
相對應的，光具有波動性最典型的例子就是光的色散。 只要光的頻率超過某一極限頻率，受光照射的金屬表面立即就會逸出光電子，發(fā)生光電效應。
當在金屬外面加一個閉合電路，加上正向電源，這些逸出的光電子全部到達陽極便形成所謂的光電流。 在入射光一定時，增大光電管兩極的正向電壓，提高光電子的動能，光電流會隨之增大。
但光電流不會無限增大，要受到光電子數(shù)量的約束，有一個最大值，這個值就是飽和電流。 所以，當入射光強度增大時，根據(jù)光子假設，入射光的強度（即單位時間內通過單位垂直面積的光能）決定于單位時間里通過單位垂直面積的光子數(shù)，單位時間里通過金屬表面的光子數(shù)也就增多，于是，光子與金屬中的電子碰撞次數(shù)也增多，因而單位時間里從金屬表面逸出的光電子也增多，飽和電流也隨之增大。
光電效應編輯本段理論發(fā)展歷史 光電效應由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對發(fā)展量子理論起了根本性作用。 1887年，首先是赫茲（M.Hertz）在證明波動理論實驗中首次發(fā)現(xiàn)的。
當時，赫茲發(fā)現(xiàn)，兩個鋅質小球之一用紫外線照射，則在兩個小球之間就非常容易跳過電花。 大約1900年， 馬克思·布蘭科（Max Planck）對光電效應作出最初解釋，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）這一理論。
他給這一理論歸咎成一個等式，也就是 E=hf , E就是光所具有的“包裹式”能量， h是一個常數(shù)，統(tǒng)稱布蘭科（普朗克）常數(shù)（Planck's constant）， 而f就是光源的頻率。 也就是說，光能的強弱是有其頻率而決定的。
但就是布蘭科（普朗克）自己對于光線是包裹式的說法也不太肯定。 1902年，勒納（Lenard）也對其進行了研究，指出光電效應是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。
但無法根據(jù)當時的理論加以解釋 ； 1905年，愛因斯坦26歲時提出光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。他進一步推廣了布蘭科的理論，并導出公式，Ek=hf-W,W便是所需將電子從金屬表面上自由化的能量。
而Ek就是電子自由后具有的動能。 光電效應編輯本段實驗研究 1887年，赫茲在做證實麥克斯韋的電磁理論的火花放電實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)了光電效應。
赫茲用兩套放電電極做實驗，一套產(chǎn)生振蕩，發(fā)出電磁波；另一套作為接收器。他意外發(fā)現(xiàn)，如果接收電磁波的電極受到紫外線的照射，火花放電就變得容易產(chǎn)生。
赫茲的論文《紫外線對放電的影響》發(fā)表后，引起物理學界廣泛的注意，許多物理學家進行了進一步的實驗研究。 1888年，德國物理學家霍爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）證實，這是由于在放電間隙內出現(xiàn)了荷電體的緣故。
1899年，J?J?湯姆孫用巧妙的方法測得產(chǎn)生的光電流的荷質比，獲得的值與陰極射線粒子的荷質比相近，這就說明產(chǎn)生的光電流和陰極射線一樣是電子流。這樣，物理學家就認識到，這一現(xiàn)象的實質是由于光（特別是紫外光）照射到金屬表面使金屬內部的自由電子獲得更大的動能，因而從金屬表面逃逸出來的一種現(xiàn)象。
光電效應1899—1902年，勒納德（P?Lenard。
2.光學薄膜的結構
主要的光學薄膜器件包括反射膜、減反射膜、偏振膜、干涉濾光片和分光鏡等等。它們在國民經(jīng)濟和國防建設中得到了廣泛的應用，獲得了科學技術工作者的日益重視。例如采用減反射膜后可使復雜的光學鏡頭的光通量損失成十倍地減?。徊捎酶叻瓷浔鹊姆瓷溏R可使激光器的輸出功率成倍提高；利用光學薄膜可提高硅光電池的效率和穩(wěn)定性。
最簡單的光學薄膜模型是表面光滑、各向同性的均勻介質薄層。在這種情況下，可以用光的干涉理論來研究光學薄膜的光學性質。當一束單色平面波入射到光學薄膜上時，在它的兩個表面上發(fā)生多次反射和折射，反射光和折射光的方向由反射定律和折射定律給出，反射光和折射光的振幅大小則由菲涅耳公式確定（見光在分界面上的折射和反射）。
3.光學薄膜的常用種類
Veitch Tech的液晶顯示光學薄膜是一種通過微結構產(chǎn)生光線多次折射及聚焦原理形成的光學膜，其獨特的技術和工藝而減少光 線吸收，保證了光線穿透而亮度更高。
除可以提高亮度收益之外， 還可以通過光的折射及散射而起到光擴散，霧化功能效果。增光膜 增光膜（BEF）是在透明性非常好的PET表面，使用丙烯酸樹脂，精密成型一層分散一致的棱鏡結構及背面光擴散層組合的光學薄膜，運用在液晶顯示的上層增光，使光線經(jīng)由增光之微結構進行光的回收與聚光，產(chǎn)生增亮的效果，高亮度設計，帶擴散功能， 由於擴散層的基理，從而消除光耦合（Wet out） 現(xiàn)象，光顯示更加均勻，柔和。
擴散膜 擴散片（DL系列）是在透明性非常好的PET表面，使用丙烯酸樹脂，精密涂布一層隨機分散的微米結構的擴散粒子，在PET的相對面再精密涂布一層隨機分散的微米結構的抗靜電粒子，運用在液晶顯示器中，使光線經(jīng)由擴散層產(chǎn)生多次折射及繞射，從而起到均光作用，讓光顯示更加均勻柔和。反射膜 反射片為在流延法制造時，在PET樹脂中摻雜HR高分子光學劑及增塑劑，以達到遮光和高反射效果之膜片，由於在膜片的中間層具有一定的吸收光線，而降低了反射效果。
故此，在表面增加一層HR介質膜層，達到更佳的反射效果并具有抗紫外線黃變功能。光學薄膜的簡單模型可以用來研究其反射、透射、位相變化和偏振等一般性質。
如果要研究光學薄膜的損耗、損傷以及穩(wěn)定性等特殊性質，簡單模型便無能為力了，這時必須考慮薄膜的結晶構造、體內結構和表面狀態(tài)，薄膜的各向異性和不均勻性，薄膜的化學成分、表面污染和界面擴散等等?？紤]到這些因素后，那就不僅要考慮它的光學性質，還要研究它的物理性質、化學性質、力學性質和表面性質，以及各種性質之間的滲透和影響。
因此光學薄膜的研究就躍出光學范疇而成為物理、化學、固體和表面物理的邊緣學科。雖然薄膜的光學現(xiàn)象早在17世紀就為人們所注意，但是把光學薄膜作為一個課題進行專門研究卻開始于20世紀30年代以后，這主要因為真空技術的發(fā)展給各種光學薄膜的制備提供了先決條件。
時至今日，光學薄膜已得到很大發(fā)展，光學薄膜的生產(chǎn)已逐步走向系列化、程序化和專業(yè)化，但是，在光學薄膜的研究中還有不少問題有待進一步解決，光學薄膜現(xiàn)有的水平在不少工作中還不能滿足要求，需要提高。在理論上，不但薄膜的生長機理需要搞清，而且薄膜的光學理論，特別是應用于極短波段的光學理論也有待進一步完善和改進。
在工藝上，人們還缺乏有效的手段實現(xiàn)對薄膜淀積參量的精確控制，這樣，薄膜的生長就具有一定程度的隨機性，薄膜的光學常數(shù)、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不穩(wěn)定性和盲目性，這一切都限制了光學薄膜質量的提高。就光學薄膜本身來說，除了光學性能需要提高，吸收、散射等光損耗需要減少之外，它的機械強度、化學穩(wěn)定性和物理性質都需要進一步改進。
在激光系統(tǒng)中，光學薄膜的抗激光強度較低，這是光學薄膜研究中最重要的問題之一。下面介紹幾種常用的光學薄膜元件。
又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統(tǒng)的雜散光。最簡單的增透膜是單層膜，它是鍍在光學零件光學表面上的一層折射率較低的薄膜。
當薄膜的折射率低于基體材料的折射率時，兩個界面的反射系數(shù)r1和r2具有 相同的位相變化。如果膜層的光學厚度是某一波長的四分之一，相鄰兩束光的光程差恰好為π，即振動方向相反，疊加的結果使光學表面對該波長的反射光減少。
適當選擇膜層的折射率，使得r1和r2相等，這時光學表面的反射光可以完全消除。一般情況下，采用單層增透膜很難達到理想的增透效果，為了在單波長實現(xiàn)零反射，或在較寬的光譜區(qū)達到好的增透效果，往往采用雙層、三層甚至更多層數(shù)的減反射膜。
圖1的a、b、c分別繪出Kg玻璃表面的單層、雙層和三層增透膜的剩余反射曲線。 它的功能是增加光學表面的反射率。
反射膜一般可分為兩大類，一類是金屬反射膜，一類是全電介質反射膜。此外，還有把兩者結合起來的金屬電介質反射膜。
一般金屬都具有較大的消光系數(shù)，當光束由空氣入射到金屬表面時，進入金屬內部的光振幅迅速衰減，使得進入金屬內部的光能相應減少，而反射光能增加。消光系數(shù)越大，光振幅衰減越迅速，進入金屬內部的光能越少，反射率越高。
人們總是選擇消光系數(shù)較大，光學性質較穩(wěn)定的那些金屬作為金屬膜材料。在紫外區(qū)常用的金屬薄膜材料是鋁，在可見光區(qū)常用鋁和銀，在紅外區(qū)常用金、銀和銅，此外，鉻和鉑也常用作一些特種薄膜的膜料。
由于鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能，所以必須用電介質膜加以保護。常用的保護膜材料有一氧化硅、氟化鎂、二氧化硅、三氧化二鋁等。
金屬反射膜的優(yōu)點是制備工藝簡單，工作的波長范圍寬；缺點是光損耗大，反射率不可能很高。為了使金屬反射膜的反射率進一步提高，可以在膜的外側加鍍幾層一定厚度的電介質層，組成金屬電介質反射膜。
需要指出的是，金屬電介質反射膜增加了某一波長（或。
4.光學薄膜的應用
◆ 光學薄膜的應用無處不在，從眼鏡鍍膜到手機，電腦，電視的液晶顯示再到LED照明等等，它充斥著我們生活的方方面面，并使我們的生活更加豐富多彩。
◆ 光學薄膜的定義是：涉及光在傳播路徑過程中，附著在光學器件表面的厚度薄而均勻的介質膜層，通過分層介質膜層時的反射、透（折）射和偏振等特性，以達到我們想要的在某一或是多個波段范圍內的光的全部透過或光的全部反射或是光的偏振分離等各特殊形態(tài)的光。
◆ 光學薄膜可分為“幾何光學和物理光學”，幾何光學是通過光學器件表面形成的幾何狀的介質膜層，以使改變光路經(jīng)來實現(xiàn)光束的調整或再分配作用；物理光學是將自然界中特有的光學材料元素通過納米處理至所需的光學器件表面形成的介質膜層，透過介質膜層的光學材料元素的特性增強於改變光偏振，透射，反射等功能。
◆ 通常光學薄膜的制備條件要求高而精，制備光學薄膜分干式制備法和濕式制備法，干式制備法（ 含真空鍍膜：蒸發(fā)鍍，磁控濺鍍，離子鍍等）一般用於物理光學薄膜的制備，濕式制備法（含涂布法， 流延法，熱塑法等）一般用於幾何光學薄膜的制備。
◆ 迄今為止（2013年）常用的光學薄膜有：高反射膜；減反射膜；濾光膜；濾色膜；增透膜；聚光膜；擴散膜；偏光膜等等。
5.光學膜是什么材料
光學薄膜是指在光學玻璃、光學塑料、光纖、晶體等各種材料的表面上鍍制一層或多層薄膜，基于薄膜內光的干涉效應來改變透射光或反射光的強度、偏振狀態(tài)和相位變化的光學元件，是現(xiàn)代光學儀器和光學器件的重要組成部分。
本文在簡單敘述薄膜干涉的一些相關原理的基礎上，介紹了光學薄膜常見的幾種制備方法，研究了光學薄膜技術的相關應用，并且展望了光學薄膜研究的廣闊前景。中文名 光學薄膜英文名 Optical Film引言 從20世紀30年代開始，光學薄膜逐漸被廣泛應用于日常生活、工業(yè)、天文學、軍事、宇航、光通信等領域，在國民經(jīng)濟和國防建設中起到了重大作用，因而得到了科學技術工作者的日益重視。
而今新興技術的發(fā)展對薄膜技術不斷提出新的要求，又進一步促使了光學薄膜技術的蓬勃發(fā)展。所以近年來，對光學薄膜的研究及其應用一直是非常活躍的課題。
本文在簡單敘述薄膜干涉的一些相關原理的基礎上，介紹了光學薄膜常見的幾種制備方法，研究了光學薄膜技術的相關應用，并且展望了光學薄膜研究的廣闊前景。光學薄膜干涉的原理 一列光波照射到透明薄膜上，從膜的前、后表面或上、下表面分別反射出兩列光波，這兩列相干光波相遇后疊加產(chǎn)生干涉。
設薄膜下方空間的折射率為，薄膜的折射率為，薄膜上方空間的折射率為，膜的厚度為d，如圖1所示。
6.光學薄膜的結構
主要的光學薄膜器件包括反射膜、減反射膜、偏振膜、干涉濾光片和分光鏡等等。它們在國民經(jīng)濟和國防建設中得到了廣泛的應用，獲得了科學技術工作者的日益重視。例如采用減反射膜后可使復雜的光學鏡頭的光通量損失成十倍地減小；采用高反射比的反射鏡可使激光器的輸出功率成倍提高；利用光學薄膜可提高硅光電池的效率和穩(wěn)定性。
最簡單的光學薄膜模型是表面光滑、各向同性的均勻介質薄層。在這種情況下，可以用光的干涉理論來研究光學薄膜的光學性質。當一束單色平面波入射到光學薄膜上時，在它的兩個表面上發(fā)生多次反射和折射，反射光和折射光的方向由反射定律和折射定律給出，反射光和折射光的振幅大小則由菲涅耳公式確定（見光在分界面上的折射和反射）。
7.什么是光學薄
用f35mm二級輕氣炮加載把平面鎢合金（W89Mo9Ni1Fe1）飛片（f 35mm′ 3mm）分別加速到1.78,2.00,2.76km/s，撞擊封裝有氬氣（初始壓力為0.12MPa、初始溫度為283K）的LY12鋁靶，由此產(chǎn)生平面沖擊波并加熱氬氣樣品。由磁測速系統(tǒng)（MAVIS）測量飛片速度，通過光纖傳輸、六通道瞬態(tài)光學高溫計（各通道中心波長為405,509,600,650,700,800nm）和示波器系統(tǒng)記錄沖擊氬氣的高溫輻射歷史，即輻射強度與時間（I- t）曲線。
實驗記錄到在不同飛片速度下，一次沖擊氬氣的I- t曲線形狀不同，但變化有規(guī)律。當飛片速度為1.78km/s時，所有通道信號的I- t曲線是直線；當飛片速度為2.00km/s時，只有800nm通道的I- t曲線是指數(shù)曲線，其它通道仍為直線；當飛片速度為2.76km/s時，所有通道的I- t曲線是指數(shù)曲線。
根據(jù)飛片、靶板的材料參數(shù)和測量得到的飛片速度，利用波阻抗匹配關系以及構制靶板中等熵卸載線并利用Mie-Grüneisen物態(tài)方程，聯(lián)立求解出靶板/氣體界面處的壓力與粒子速度。在一維定常沖擊波和局域熱動平衡假設下，用Saha方程描述氬氣的高溫電離平衡關系，由此求解出不同實驗的沖擊條件下氬氣的Hugoniot數(shù)據(jù)和一級電離度。又在局域熱動平衡假設基礎上，求解了一維穩(wěn)態(tài)的Boltzmann光子場輸運方程。
分析計算和實驗表明：當飛片速度為1.78km/s時，沖擊壓縮氬氣的吸收系數(shù)很小且為常數(shù)，其輻射具有光學薄介質的輻射性質，這時氣體的光輻射強度遠低于同樣溫度下的黑體輻射強度；當飛片速度為2.00km/s時，雖然吸收系數(shù)也很小但隨波長變化，其輻射已不具有光學薄介質的輻射性質；當飛片速度為2.76km/s時，沖擊氬氣的吸收系數(shù)明顯增大，表現(xiàn)出更大光學厚度（但介于光學薄與光學厚）介質的輻射特性。因此，隨沖擊波強度增大，受沖擊波加熱的氬氣光學厚度逐漸增大，并由光學薄介質變?yōu)楣鈱W厚介質。光學薄時對應較小的電離度（或電子濃度），光學厚時對應較大的電離度（或電子濃度）。
還觀察到靶板/氣體后界面的反射沖擊波二次加熱氬氣時，其熱輻射過程是非平衡過程，此時Saha方程不再適用，而應當在求解電子Boltzmann方程和一維非平衡輻射場，才可能對實驗現(xiàn)象作出較為合理的解釋。
