光學(xué)薄膜的(光學(xué)干涉光電效應(yīng)以及光學(xué)薄膜的一些應(yīng)用知識；)
1.光學(xué)干涉、光電效應(yīng)以及光學(xué)薄膜的一些應(yīng)用知識；
光電效應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)（Photoelectric effect）。這一現(xiàn)象是1887年赫茲在實(shí)驗(yàn)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(xué)家霍爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）證實(shí)是由于在放電間隙內(nèi)出現(xiàn)荷電體的緣故。1899年，J·J·湯姆孫通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并命名為光電效應(yīng)。1905年，愛因斯坦在《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點(diǎn)》一文中，用光量子理論對光電效應(yīng)進(jìn)行了全面的解釋。
1916年，美國科學(xué)家密立根通過精密的定量實(shí)驗(yàn)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(yīng)編輯本段簡介 光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。
前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。
赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應(yīng)。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，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(yīng)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(qiáng)度無關(guān)，這一點(diǎn)無法用光的波動性解釋。
還有一點(diǎn)與光的波動性相矛盾，即光電效應(yīng)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。可事實(shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負(fù)九次方秒。
正確的解釋是光必定是由與波長有關(guān)的嚴(yán)格規(guī)定的能量單位（即光子或光量子）所組成。 光電效應(yīng)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(guān) ，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(yīng)說明了光具有粒子性。
相對應(yīng)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(yīng)。
當(dāng)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(dá)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(dāng)入射光強(qiáng)度增大時，根據(jù)光子假設(shè)，入射光的強(qiáng)度（即單位時間內(nèi)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(yīng)編輯本段理論發(fā)展歷史 光電效應(yīng)由德國物理學(xué)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(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)的。
當(dāng)時，赫茲發(fā)現(xiàn)，兩個鋅質(zhì)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(yīng)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(qiáng)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(jìn)行了研究，指出光電效應(yīng)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(dāng)時的理論加以解釋 ； 1905年，愛因斯坦26歲時提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，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(dǎo)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(yīng)編輯本段實(shí)驗(yàn)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(yàn)時，偶然發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。
赫茲用兩套放電電極做實(shí)驗(yàn)，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(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(yàn)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(nèi)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(zhì)比，獲得的值與陰極射線粒子的荷質(zhì)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(xué)家就認(rèn)識到，這一現(xiàn)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(nèi)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(yīng)1899—1902年，勒納德（P?Lenard。
2.光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)
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(jì)和國防建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)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(fù)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(wěn)定性。
最簡單的光學(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研究光學(xué)薄膜的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)一束單色平面波入射到光學(xué)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(xué)薄膜的常用種類
Veitch Tech的液晶顯示光學(xué)薄膜是一種通過微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生光線多次折射及聚焦原理形成的光學(xué)膜，其獨(dú)特的技術(shù)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(kuò)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(jié)構(gòu)及背面光擴(kuò)散層組合的光學(xué)薄膜，運(yùn)用在液晶顯示的上層增光，使光線經(jīng)由增光之微結(jié)構(gòu)進(jìn)行光的回收與聚光，產(chǎn)生增亮的效果，高亮度設(shè)計，帶擴(kuò)散功能， 由於擴(kuò)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(kuò)散膜 擴(kuò)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(jī)分散的微米結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散粒子，在PET的相對面再精密涂布一層隨機(jī)分散的微米結(jié)構(gòu)的抗靜電粒子，運(yùn)用在液晶顯示器中，使光線經(jīng)由擴(kuò)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(xué)劑及增塑劑，以達(dá)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(zhì)膜層，達(dá)到更佳的反射效果并具有抗紫外線黃變功能。光學(xué)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(zhì)。
如果要研究光學(xué)薄膜的損耗、損傷以及穩(wěn)定性等特殊性質(zhì)，簡單模型便無能為力了，這時必須考慮薄膜的結(jié)晶構(gòu)造、體內(nèi)結(jié)構(gòu)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(kuò)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(xiàn)象早在17世紀(jì)就為人們所注意，但是把光學(xué)薄膜作為一個課題進(jìn)行專門研究卻開始于20世紀(jì)30年代以后，這主要因?yàn)檎婵占夹g(shù)的發(fā)展給各種光學(xué)薄膜的制備提供了先決條件。
時至今日，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、程序化和專業(yè)化，但是，在光學(xué)薄膜的研究中還有不少問題有待進(jìn)一步解決，光學(xué)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(jī)理需要搞清，而且薄膜的光學(xué)理論，特別是應(yīng)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(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(jī)性，薄膜的光學(xué)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(xué)薄膜質(zhì)量的提高。就光學(xué)薄膜本身來說，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(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和物理性質(zhì)都需要進(jìn)一步改進(jìn)。
在激光系統(tǒng)中，光學(xué)薄膜的抗激光強(qiáng)度較低，這是光學(xué)薄膜研究中最重要的問題之一。下面介紹幾種常用的光學(xué)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(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(tǒng)的雜散光。最簡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(dāng)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(xué)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(jié)果使光學(xué)表面對該波長的反射光減少。
適當(dāng)選擇膜層的折射率，使得r1和r2相等，這時光學(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(dá)到理想的增透效果，為了在單波長實(shí)現(xiàn)零反射，或在較寬的光譜區(qū)達(dá)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(xué)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(zhì)反射膜。此外，還有把兩者結(jié)合起來的金屬電介質(zhì)反射膜。
一般金屬都具有較大的消光系數(shù)，當(dāng)光束由空氣入射到金屬表面時，進(jìn)入金屬內(nèi)部的光振幅迅速衰減，使得進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能相應(yīng)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(jìn)入金屬內(nèi)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(xué)性質(zhì)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(zhì)膜加以保護(hù)。常用的保護(hù)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)是制備工藝簡單，工作的波長范圍寬；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(cè)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（或。
4.光學(xué)薄膜的應(yīng)用
◆ 光學(xué)薄膜的應(yīng)用無處不在，從眼鏡鍍膜到手機(jī)，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(xué)薄膜的定義是：涉及光在傳播路徑過程中，附著在光學(xué)器件表面的厚度薄而均勻的介質(zhì)膜層，通過分層介質(zhì)膜層時的反射、透（折）射和偏振等特性，以達(dá)到我們想要的在某一或是多個波段范圍內(nèi)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(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)來實(shí)現(xiàn)光束的調(diào)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，透過介質(zhì)膜層的光學(xué)材料元素的特性增強(qiáng)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(kuò)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(nèi)光的干涉效應(yīng)來改變透射光或反射光的強(qiáng)度、偏振狀態(tài)和相位變化的光學(xué)元件，是現(xiàn)代光學(xué)儀器和光學(xué)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(guān)原理的基礎(chǔ)上，介紹了光學(xué)薄膜常見的幾種制備方法，研究了光學(xué)薄膜技術(shù)的相關(guān)應(yīng)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(jì)30年代開始，光學(xué)薄膜逐漸被廣泛應(yīng)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(jì)和國防建設(shè)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，對光學(xué)薄膜的研究及其應(yīng)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(guān)原理的基礎(chǔ)上，介紹了光學(xué)薄膜常見的幾種制備方法，研究了光學(xué)薄膜技術(shù)的相關(guān)應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)
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(jì)和國防建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)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(fù)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(wěn)定性。
最簡單的光學(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研究光學(xué)薄膜的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)一束單色平面波入射到光學(xué)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(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(tǒng)（MAVIS）測量飛片速度，通過光纖傳輸、六通道瞬態(tài)光學(xué)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(qiáng)度與時間（I- t）曲線。
實(shí)驗(yàn)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(dāng)飛片速度為1.78km/s時，所有通道信號的I- t曲線是直線；當(dāng)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(dāng)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(guān)系以及構(gòu)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(shè)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(yàn)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(shè)基礎(chǔ)上，求解了一維穩(wěn)態(tài)的Boltzmann光子場輸運(yùn)方程。
分析計算和實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)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(xué)薄介質(zhì)的輻射性質(zhì)，這時氣體的光輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)低于同樣溫度下的黑體輻射強(qiáng)度；當(dāng)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(xué)薄介質(zhì)的輻射性質(zhì)；當(dāng)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(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(qiáng)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)薄時對應(yīng)較小的電離度（或電子濃度），光學(xué)厚時對應(yīng)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(yīng)當(dāng)在求解電子Boltzmann方程和一維非平衡輻射場，才可能對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出較為合理的解釋。
