除了光学特性外，光学薄膜还具有哪些重要的物理性质？

除了光学特性外，光学薄膜还具有哪些重要的物理性质？

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

在这个科技日新月异的时代，光学薄膜，这一看似不起眼却蕴含无限可能的材料，正悄然改变着我们的生活与工业面貌。提到光学薄膜，大多数人首先想到的是它们在显示技术、光学仪器及太阳能电池等领域中对于光线调控的**能力。然而，光学薄膜的魅力远不止于此，它还隐藏着诸多令人惊叹的重要物理性质，今天，就让我们一同揭开这层神秘面纱，探索它除了光学特性之外的非凡之处。

1.薄膜的概念与功能

薄膜光学是指研究光在分层介质中传播规律的一门科学，主要包括光在分层介质中的透射特性、反射特性、吸收特性以及光的偏振状态和相位变化现象。薄膜光学在许多领域都有广泛的应用，包括照相机、显微镜、望远镜、激光技术、医疗技术、印刷机、大规模集成电路制板等。可以说，薄膜光学在现代光电仪器中发挥着巨大作用。

光学薄膜是一种多层介质或金属膜，通常镀在光学元件或基片上，其主要功能是利用干涉效应来改变光波的传输特性。这种薄膜厚度通常在几个波长以内，属于“薄”的范畴，而与之相比，基片的厚度则要大得多，通常在毫米或厘米量级。光学薄膜通过干涉作用可以实现对光波的调制，从而实现增加或减少反射率、透过率，实现分光、滤光等效果，控制热辐射和发射率，改变光通量，调整相位，引导光波，实现光开关和集成光路，改变色光和色温，存储光信息，以及实现防伪等功能。

2. 薄膜干涉的特点

薄膜干涉具有时间相干性和空间相干性的特点。薄膜的时间相干性是指薄膜厚度在亚微米量级，小于白光的相干光程，因此薄膜的上下界面将产生光的干涉现象。对于激光等好的相干光源，薄膜的厚度也远小于相干光程，因此薄膜也会产生干涉现象。然而，对于普通的光学元件，其厚度在毫米或厘米量级，远大于白光的相干光程，因此不会产生干涉现象。

薄膜的空间相干性是指薄膜的透射率T或反射率R不是空间位置坐标(x,y)的函数，而只是波长λ的函数。也就是说，薄膜的干涉效应不会改变光能的空间位置分布状况，即薄膜不会根据空间位置坐标进行光能的重新分配，只对各波长的光能进行重新分配。

3. 光学薄膜的基本假定与表示

为了研究薄膜光学，我们对薄膜做了一些基本假定。首先，我们假设薄膜在光学上是各向同性介质，电介质的特性可用折射率n表征，并且n是一个实数。对于金属和半导体，我们假设其特性可用复折射率N=n-jk表征。我们还假设两个相邻介质可用一个数学界面分开，数学界面两侧相邻介质的折射率n发生不连续跃变。此外，我们还假设折射率n在空间坐标上是连续的，并且可随膜层的厚度而变化。*后，我们假设膜层用两个无限大平行平面分开，膜层厚度在波长数量级。

薄膜的表示方法主要包括以下几个方面：

膜层与膜系：膜层是指膜系中的任何一层膜，而膜系则是指具有一定光学功能的多层薄膜，有时也称膜堆。

膜层厚度：膜层的厚度主要有三种表示方法，分别是几何厚度、光学厚度和相位厚度。几何厚度指膜层的实际厚度，光学厚度是膜层等效为光波在真空中的厚度，而相位厚度则指膜层对光波相位的调制厚度。

膜系与膜层的表示：常见的膜系主要分为周期膜系和非周期膜系。周期膜系一般用H表示高折射率层，L表示低折射率层，A表示空气，G表示基片，S表示周期数。举一个例子：周期膜系A(HL)5G。其中H代表高折射率膜层n1，L代表低折射率膜层n2，A代表入射介质空气，G代表基片玻璃。这个膜系共有5个周期。

对于非周期膜系，此时用k₁,k₂,k₃,… 表示膜层的厚度系数，完整非周期膜系表示如下：Ak₁M₁k₂M₂k₃M₃…G。

膜系的性能表示：膜系的性能通常用反射光谱曲线和透射光谱曲线来表示。这些曲线反映了不同波长光通过膜系时的反射率和透射率的变化情况。

4. 光学薄膜的物理基础

薄膜光学的物理基础主要建立在麦克斯韦方程组和电磁波的边界条件之上。运用这些原理可以推导出菲涅尔公式，这些公式描述了光在界面上的反射和透射行为。

具体的推导过程比较麻烦，所以*后就只给出菲涅尔公式的结果。

对于s偏振光（电场垂直于入射面，即x-y平面），反射和透射系数：

对于p偏振光（电场平行于入射面，即x-z平面），反射和透射系数：

• n1：入射介质的折射率，即光从该介质入射到界面。

• n2：透射介质的折射率，即光从界面透射到该介质。

• θi：入射光与界面法线之间的角度。

• θt：透射光与界面法线之间的角度。

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的���品和服务。

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