光學(xué)薄膜的(光學(xué)干涉光電效應以及光學(xué)薄膜的一些應用知識；)
1.光學(xué)干涉、光電效應以及光學(xué)薄膜的一些應用知識；
光電效應概述 光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉換成電能。
這類(lèi)光致電變的現象被人們統稱(chēng)為光電效應（Photoelectric effect）。這一現象是1887年赫茲在實(shí)驗研究麥克斯韋電磁理論時(shí)偶然發(fā)現的。
1888年，德國物理學(xué)家霍爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）證實(shí)是由于在放電間隙內出現荷電體的緣故。1899年，J·J·湯姆孫通過(guò)實(shí)驗證實(shí)該荷電體與陰極射線(xiàn)一樣是電子流。
1899—1902年間，勒納德（P·Lenard）對光電效應進(jìn)行了系統研究，并命名為光電效應。1905年，愛(ài)因斯坦在《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉化的一個(gè)啟發(fā)性觀(guān)點(diǎn)》一文中，用光量子理論對光電效應進(jìn)行了全面的解釋。
1916年，美國科學(xué)家密立根通過(guò)精密的定量實(shí)驗證明了愛(ài)因斯坦的理論解釋?zhuān)瑥亩沧C明了光量子理論。 光電效應編輯本段簡(jiǎn)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。
前一種現象發(fā)生在物體表面，又稱(chēng)外光電效應。后兩種現象發(fā)生在物體內部，稱(chēng)為內光電效應。
赫茲于1887年發(fā)現光電效應，愛(ài)因斯坦第一個(gè)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(lái)的電子叫做光電子。
光波長(cháng)小于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子，即極限波長(cháng)，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(wú)關(guān)，這一點(diǎn)無(wú)法用光的波動(dòng)性解釋。
還有一點(diǎn)與光的波動(dòng)性相矛盾，即光電效應的瞬時(shí)性，按波動(dòng)性理論，如果入射光較弱，照射的時(shí)間要長(cháng)一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面。可事實(shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無(wú)論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)十的負九次方秒。
正確的解釋是光必定是由與波長(cháng)有關(guān)的嚴格規定的能量單位（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(wú)關(guān) ，光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場(chǎng)，振幅很小，不會(huì )對電子射出方向產(chǎn)生影響. 光電效應說(shuō)明了光具有粒子性。
相對應的，光具有波動(dòng)性最典型的例子就是光的色散。 只要光的頻率超過(guò)某一極限頻率，受光照射的金屬表面立即就會(huì )逸出光電子，發(fā)生光電效應。
當在金屬外面加一個(gè)閉合電路，加上正向電源，這些逸出的光電子全部到達陽(yáng)極便形成所謂的光電流。 在入射光一定時(shí)，增大光電管兩極的正向電壓，提高光電子的動(dòng)能，光電流會(huì )隨之增大。
但光電流不會(huì )無(wú)限增大，要受到光電子數量的約束，有一個(gè)最大值，這個(gè)值就是飽和電流。 所以，當入射光強度增大時(shí)，根據光子假設，入射光的強度（即單位時(shí)間內通過(guò)單位垂直面積的光能）決定于單位時(shí)間里通過(guò)單位垂直面積的光子數，單位時(shí)間里通過(guò)金屬表面的光子數也就增多，于是，光子與金屬中的電子碰撞次數也增多，因而單位時(shí)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(xué)家赫茲于1887年發(fā)現，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(dòng)理論實(shí)驗中首次發(fā)現的。
當時(shí)，赫茲發(fā)現，兩個(gè)鋅質(zhì)小球之一用紫外線(xiàn)照射，則在兩個(gè)小球之間就非常容易跳過(guò)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?zhuān)⒁隽斯饩哂械哪芰堪侥芰浚╭uantised）這一理論。
他給這一理論歸咎成一個(gè)等式，也就是 E=hf , E就是光所具有的“包裹式”能量， h是一個(gè)常數，統稱(chēng)布蘭科（普朗克）常數（Planck's constant）， 而f就是光源的頻率。 也就是說(shuō)，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(xiàn)是包裹式的說(shuō)法也不太肯定。 1902年，勒納（Lenard）也對其進(jìn)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象。
但無(wú)法根據當時(shí)的理論加以解釋 ； 1905年，愛(ài)因斯坦26歲時(shí)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(jìn)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(dòng)能。 光電效應編輯本段實(shí)驗研究 1887年，赫茲在做證實(shí)麥克斯韋的電磁理論的火花放電實(shí)驗時(shí)，偶然發(fā)現了光電效應。
赫茲用兩套放電電極做實(shí)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，如果接收電磁波的電極受到紫外線(xiàn)的照射，火花放電就變得容易產(chǎn)生。
赫茲的論文《紫外線(xiàn)對放電的影響》發(fā)表后，引起物理學(xué)界廣泛的注意，許多物理學(xué)家進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗研究。 1888年，德國物理學(xué)家霍爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）證實(shí)，這是由于在放電間隙內出現了荷電體的緣故。
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(zhì)比，獲得的值與陰極射線(xiàn)粒子的荷質(zhì)比相近，這就說(shuō)明產(chǎn)生的光電流和陰極射線(xiàn)一樣是電子流。這樣，物理學(xué)家就認識到，這一現象的實(shí)質(zhì)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(dòng)能，因而從金屬表面逃逸出來(lái)的一種現象。
光電效應1899—1902年，勒納德（P?Lenard。
2.光學(xué)薄膜的結構
主要的光學(xué)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(xué)技術(shù)工作者的日益重視。例如采用減反射膜后可使復雜的光學(xué)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(xué)薄膜可提高硅光電池的效率和穩定性。
最簡(jiǎn)單的光學(xué)薄膜模型是表面光滑、各向同性的均勻介質(zhì)薄層。在這種情況下，可以用光的干涉理論來(lái)研究光學(xué)薄膜的光學(xué)性質(zhì)。當一束單色平面波入射到光學(xué)薄膜上時(shí)，在它的兩個(gè)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(jiàn)光在分界面上的折射和反射）。
3.光學(xué)薄膜的常用種類(lèi)
Veitch Tech的液晶顯示光學(xué)薄膜是一種通過(guò)微結構產(chǎn)生光線(xiàn)多次折射及聚焦原理形成的光學(xué)膜，其獨特的技術(shù)和工藝而減少光 線(xiàn)吸收，保證了光線(xiàn)穿透而亮度更高。
除可以提高亮度收益之外， 還可以通過(guò)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(shù)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(xué)薄膜，運用在液晶顯示的上層增光，使光線(xiàn)經(jīng)由增光之微結構進(jìn)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(shù)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(xiàn)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(shí)，在PET樹(shù)脂中摻雜HR高分子光學(xué)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(xiàn)，而降低了反射效果。
故此，在表面增加一層HR介質(zhì)膜層，達到更佳的反射效果并具有抗紫外線(xiàn)黃變功能。光學(xué)薄膜的簡(jiǎn)單模型可以用來(lái)研究其反射、透射、位相變化和偏振等一般性質(zhì)。
如果要研究光學(xué)薄膜的損耗、損傷以及穩定性等特殊性質(zhì)，簡(jiǎn)單模型便無(wú)能為力了，這時(shí)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(xué)成分、表面污染和界面擴散等等。考慮到這些因素后，那就不僅要考慮它的光學(xué)性質(zhì)，還要研究它的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和表面性質(zhì)，以及各種性質(zhì)之間的滲透和影響。
因此光學(xué)薄膜的研究就躍出光學(xué)范疇而成為物理、化學(xué)、固體和表面物理的邊緣學(xué)科。雖然薄膜的光學(xué)現象早在17世紀就為人們所注意，但是把光學(xué)薄膜作為一個(gè)課題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究卻開(kāi)始于20世紀30年代以后，這主要因為真空技術(shù)的發(fā)展給各種光學(xué)薄膜的制備提供了先決條件。
時(shí)至今日，光學(xué)薄膜已得到很大發(fā)展，光學(xué)薄膜的生產(chǎn)已逐步走向系列化、程序化和專(zhuān)業(yè)化，但是，在光學(xué)薄膜的研究中還有不少問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，光學(xué)薄膜現有的水平在不少工作中還不能滿(mǎn)足要求，需要提高。在理論上，不但薄膜的生長(cháng)機理需要搞清，而且薄膜的光學(xué)理論，特別是應用于極短波段的光學(xué)理論也有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。
在工藝上，人們還缺乏有效的手段實(shí)現對薄膜淀積參量的精確控制，這樣，薄膜的生長(cháng)就具有一定程度的隨機性，薄膜的光學(xué)常數、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不穩定性和盲目性，這一切都限制了光學(xué)薄膜質(zhì)量的提高。就光學(xué)薄膜本身來(lái)說(shuō)，除了光學(xué)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(xué)穩定性和物理性質(zhì)都需要進(jìn)一步改進(jìn)。
在激光系統中，光學(xué)薄膜的抗激光強度較低，這是光學(xué)薄膜研究中最重要的問(wèn)題之一。下面介紹幾種常用的光學(xué)薄膜元件。
又稱(chēng)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(xué)表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統的雜散光。最簡(jiǎn)單的增透膜是單層膜，它是鍍在光學(xué)零件光學(xué)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(shí)，兩個(gè)界面的反射系數r1和r2具有 相同的位相變化。如果膜層的光學(xué)厚度是某一波長(cháng)的四分之一，相鄰兩束光的光程差恰好為π，即振動(dòng)方向相反，疊加的結果使光學(xué)表面對該波長(cháng)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(shí)光學(xué)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(cháng)實(shí)現零反射，或在較寬的光譜區達到好的增透效果，往往采用雙層、三層甚至更多層數的減反射膜。
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(xiàn)。 它的功能是增加光學(xué)表面的反射率。
反射膜一般可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是金屬反射膜，一類(lèi)是全電介質(zhì)反射膜。此外，還有把兩者結合起來(lái)的金屬電介質(zhì)反射膜。
一般金屬都具有較大的消光系數，當光束由空氣入射到金屬表面時(shí)，進(jìn)入金屬內部的光振幅迅速衰減，使得進(jìn)入金屬內部的光能相應減少，而反射光能增加。消光系數越大，光振幅衰減越迅速，進(jìn)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較大，光學(xué)性質(zhì)較穩定的那些金屬作為金屬膜材料。在紫外區常用的金屬薄膜材料是鋁，在可見(jiàn)光區常用鋁和銀，在紅外區常用金、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(zhì)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(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，工作的波長(cháng)范圍寬；缺點(diǎn)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(jìn)一步提高，可以在膜的外側加鍍幾層一定厚度的電介質(zhì)層，組成金屬電介質(zhì)反射膜。
需要指出的是，金屬電介質(zhì)反射膜增加了某一波長(cháng)（或。
4.光學(xué)薄膜的應用
◆ 光學(xué)薄膜的應用無(wú)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(zhù)我們生活的方方面面，并使我們的生活更加豐富多彩。
◆ 光學(xué)薄膜的定義是：涉及光在傳播路徑過(guò)程中，附著(zhù)在光學(xué)器件表面的厚度薄而均勻的介質(zhì)膜層，通過(guò)分層介質(zhì)膜層時(shí)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(gè)波段范圍內的光的全部透過(guò)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(xué)薄膜可分為“幾何光學(xué)和物理光學(xué)”，幾何光學(xué)是通過(guò)光學(xué)器件表面形成的幾何狀的介質(zhì)膜層，以使改變光路經(jīng)來(lái)實(shí)現光束的調整或再分配作用；物理光學(xué)是將自然界中特有的光學(xué)材料元素通過(guò)納米處理至所需的光學(xué)器件表面形成的介質(zhì)膜層，透過(guò)介質(zhì)膜層的光學(xué)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(xué)薄膜的制備條件要求高而精，制備光學(xué)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(xué)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(xué)薄膜的制備。
◆ 迄今為止（2013年）常用的光學(xué)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(xué)膜是什么材料
光學(xué)薄膜是指在光學(xué)玻璃、光學(xué)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(lái)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(xué)元件，是現代光學(xué)儀器和光學(xué)器件的重要組成部分。
本文在簡(jiǎn)單敘述薄膜干涉的一些相關(guān)原理的基礎上，介紹了光學(xué)薄膜常見(jiàn)的幾種制備方法，研究了光學(xué)薄膜技術(shù)的相關(guān)應用，并且展望了光學(xué)薄膜研究的廣闊前景。中文名 光學(xué)薄膜英文名 Optical Film引言 從20世紀30年代開(kāi)始，光學(xué)薄膜逐漸被廣泛應用于日常生活、工業(yè)、天文學(xué)、軍事、宇航、光通信等領(lǐng)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(xué)技術(shù)工作者的日益重視。
而今新興技術(shù)的發(fā)展對薄膜技術(shù)不斷提出新的要求，又進(jìn)一步促使了光學(xué)薄膜技術(shù)的蓬勃發(fā)展。所以近年來(lái)，對光學(xué)薄膜的研究及其應用一直是非常活躍的課題。
本文在簡(jiǎn)單敘述薄膜干涉的一些相關(guān)原理的基礎上，介紹了光學(xué)薄膜常見(jiàn)的幾種制備方法，研究了光學(xué)薄膜技術(shù)的相關(guān)應用，并且展望了光學(xué)薄膜研究的廣闊前景。光學(xué)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(xué)薄膜的結構
主要的光學(xué)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(xué)技術(shù)工作者的日益重視。例如采用減反射膜后可使復雜的光學(xué)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(xué)薄膜可提高硅光電池的效率和穩定性。
最簡(jiǎn)單的光學(xué)薄膜模型是表面光滑、各向同性的均勻介質(zhì)薄層。在這種情況下，可以用光的干涉理論來(lái)研究光學(xué)薄膜的光學(xué)性質(zhì)。當一束單色平面波入射到光學(xué)薄膜上時(shí)，在它的兩個(gè)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(jiàn)光在分界面上的折射和反射）。
7.什么是光學(xué)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（MAVIS）測量飛片速度，通過(guò)光纖傳輸、六通道瞬態(tài)光學(xué)高溫計（各通道中心波長(cháng)為405,509,600,650,700,800nm）和示波器系統記錄沖擊氬氣的高溫輻射歷史，即輻射強度與時(shí)間（I- t）曲線(xiàn)。
實(shí)驗記錄到在不同飛片速度下，一次沖擊氬氣的I- t曲線(xiàn)形狀不同，但變化有規律。當飛片速度為1.78km/s時(shí)，所有通道信號的I- t曲線(xiàn)是直線(xiàn)；當飛片速度為2.00km/s時(shí)，只有800nm通道的I- t曲線(xiàn)是指數曲線(xiàn)，其它通道仍為直線(xiàn)；當飛片速度為2.76km/s時(shí)，所有通道的I- t曲線(xiàn)是指數曲線(xiàn)。
根據飛片、靶板的材料參數和測量得到的飛片速度，利用波阻抗匹配關(guān)系以及構制靶板中等熵卸載線(xiàn)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(dòng)平衡假設下，用Saha方程描述氬氣的高溫電離平衡關(guān)系，由此求解出不同實(shí)驗的沖擊條件下氬氣的Hugoniot數據和一級電離度。又在局域熱動(dòng)平衡假設基礎上，求解了一維穩態(tài)的Boltzmann光子場(chǎng)輸運方程。
分析計算和實(shí)驗表明：當飛片速度為1.78km/s時(shí)，沖擊壓縮氬氣的吸收系數很小且為常數，其輻射具有光學(xué)薄介質(zhì)的輻射性質(zhì)，這時(shí)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(shí)，雖然吸收系數也很小但隨波長(cháng)變化，其輻射已不具有光學(xué)薄介質(zhì)的輻射性質(zhì)；當飛片速度為2.76km/s時(shí)，沖擊氬氣的吸收系數明顯增大，表現出更大光學(xué)厚度（但介于光學(xué)薄與光學(xué)厚）介質(zhì)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(xué)厚度逐漸增大，并由光學(xué)薄介質(zhì)變?yōu)楣鈱W(xué)厚介質(zhì)。光學(xué)薄時(shí)對應較小的電離度（或電子濃度），光學(xué)厚時(shí)對應較大的電離度（或電子濃度）。
還觀(guān)察到靶板/氣體后界面的反射沖擊波二次加熱氬氣時(shí)，其熱輻射過(guò)程是非平衡過(guò)程，此時(shí)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(chǎng)，才可能對實(shí)驗現象作出較為合理的解釋。
