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光学薄膜的厚度问题 已有2人参与
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| 本人以前是研究硬质薄膜的，现在工作了刚接触光学薄膜，然而对光学知识只停留在《大学物理》这门课上。请教在镀光学薄膜时，薄膜的光学厚度、物理厚度、还有镀膜厚度（就是晶振显示的厚度）之间是什么关系。光学厚度=物理厚度*n（折射率），跟1/4波长又有什么关系。 |
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【答案】应助回帖
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1. 首先分清楚样品（镀膜件）膜层厚度和晶振膜层厚度的区别与联系。 容易理解，二者的几何厚度是不一样的，之间存在一个比例关系。 这个比例系数，也即是一些进口晶控仪上的tooling factor。定义为 比例系数 = 样品膜层厚度/晶振膜层厚度 * 100% 镀膜过程中，假定这个比例系数不变（要求工艺保证）。 晶控仪里输入了这个比例系数之后，对外显示的膜层厚度就等于样品膜层厚度了。 （当然，如果晶控记录的厚度不等于样品厚度，调整比例系数即可，如何调整，一般的晶控仪说明书里会有介绍） 2. 薄膜的光学厚度 = 折射率 * 物理厚度 膜层物理厚度容易理解，就是膜层几何厚度。 3. 形如 "H L H L" 表示的膜系，会有一个设计波长，或称为中心波长。 字母代表一个 1/4波长的光学厚度。 假定设计波长为 600nm，折射率 nH = 2, nL = 1.5 那么 H 代表的光学厚度 = 1/4 * 600 = 150 = nH * dH 即一个 H代表的物理厚度 dH = 150/2 = 75 nm 同样 L 代表的光学厚度 = 1/4 * 600 = 150 = nL * dL 即一个 L代表的物理厚度 dL = 150/1.5 = 100 nm 字母H、L 之前的数字就是厚度倍数，不写数字时为1. 例如，0.5H，含义是 0.5倍的 1/4波长。 这种记述方法，来源于光学薄膜分析。只需要简单的改变设计波长，光谱将发生整体偏移而形状基本不变，使用起来非常方便。 4. 多说一句 晶控仪里，如果要镀制上述 "H L H L" ，设计波长为600的膜系。 假定 H材料为穴位坩埚（膜层要指定坩埚号），L材料为环形坩埚（或坩埚不用关心） 注意，晶控仪里的厚度单位为 千埃 (KA)， 1 纳米 = 10 埃，即 1nm = 10 A = 0.01 KA 例如上海膜林科技有限公司的MXC-3B晶控仪. 首先，进入材料库，假定在1号材料库里输入 H 材料的密度和声阻抗率 ，及其比例系数 并保存。材料名是用于人为核对,其它参数是工艺相关的参数，跟厚度计算没有直接关系，跟镀膜机配置、真实材料的蒸发工艺有关。 同样，假定在2号材料库里输入 L 材料的密度和声阻抗率 ，及其比例系数 保存。 进入膜系，假定存储进1号膜系。 进入1号膜系，编辑个膜系名 : Test （用于人为核对，可以没有） 进入膜层编辑，第1层，材料库号里选择 1，此时材料名将自动显示出供核对。填写膜层厚度 0.75，单位为 KA。再输入坩埚号 1 （镀膜前1号坩埚要放材料） <加一层>，第2层，修改材料库号为 2，填写厚度 1 ，单位为KA。 坩埚号不用输入。 <加一层>，将自动拷贝 第1层的参数至第3层，即材料库号 1 ，厚度0.75 KA，坩埚号 1 <加一层>，将自动拷贝 第2层的参数至第4层，即材料库号 2 ，厚度 1KA 退出膜层编辑，保存膜系。 点击 <沉积>，将 当前膜系选为待沉积膜系，并清空初始厚度。 回到 初始的沉积页面，点击 <开始>，就可以自动镀膜了。 |
3楼2020-02-03 17:30:30
2楼2020-02-03 17:28:57
【答案】应助回帖
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推荐虫虫可以阅读 1.Thin-film optical filter 第三版 2.Design of optical interference coatings_ALFRED THELEN 3.光学薄膜材料的理论与实践（德国）_olaf stenzel_国防工业出版社 4.现代光学薄膜技术_唐晋发 里面有题主想要的答案。 麦克劳德说明书是这么说明的： Layer thicknesses may be specified in four ways. Thicknesses may be either full-wave optical thickness (FWOT) or quarter-wave optical thickness (QWOT) or geometrical or physical. Physical thickness is just the thickness of the film as it would be measured by a ruler calibrated in physical thickness units, nanometres unless they have been changed by the user. In interference calculations the most important quantity associated with a layer is its effect on the optical phase of light that traverses it. The phase change depends on the optical path and the vacuum wavelength. Full-wave Optical thickness, therefore, is the physical thickness multiplied by the refractive index of the material (that is the optical path) and divided by the reference wavelength. Because of its fundamental role in calculations, it is frequently used in preference to the other thickness conventions. QWOT thickness is another type of optical thickness. 1 QWOT is equal to 0.25 optical thickness units. Geometrical thickness is the ratio of physical thickness to reference wavelength.  举个例子： One of the reasons we often use the ratio of the thickness of a layer to a reference wavelength is that dimensionless quantities are usually to be preferred over dimensionedones with units. Many of the layers in the designs considered so far have optical thicknesses (FWOT) of 0.25. This means that the optical path for one traversal is one quarter of a vacuum reference wavelength. The material for one layer, listed as Na3AlF6,is cryolite or Na3AlF6, and the refractive index of this material is shown as 1.35. This is the value at the reference wavelength which is 510nm in this case. We can tell that the geometrical thickness would be 0.25/1.35 that is 0.185185. Physical thickness would be 94.444nm. |
4楼2020-02-04 15:21:42
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