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薄膜光学与薄膜技术基础》是作者多年来从事薄膜光学与薄膜技术课程教学研究成果的总结。《薄膜光学与薄膜技术基础》共分三篇13章:第一篇分为4章,讲述薄膜光学基本理论,内容包括各向同性均匀和非均匀、各向异性均匀和非均匀、吸收和导电层状介质薄膜反射和透射特性计算;第二篇分为6章,分类讲述增透膜、高反射膜、带通滤光片、截止滤光片、带阻滤光片和分光镜的膜系构成、特性描述及其应用;第三篇分为3章,比较全面地介绍了物理气相沉积、化学气相沉积和液相沉积薄膜制备方法原理、光学薄膜检测技术,以及一些金属薄膜、
半导体薄膜和介质薄膜制备实例。鉴于薄膜光学与薄膜技术的飞速发展,《薄膜光学与薄膜技术基础》在取材的深度和广度上充分考虑到现代前沿科学领域的知识内容。
\C.%S +u &_FNDJ>MCk Z+ubc"MVb 目录
>4TJH
lB}8 第一篇 薄膜元学基本理抢
*ggTTHy 第1章 薄膜光学的电磁理论基础 1
b~06-dk1 1.1 麦克斯韦方程 1
"?,3O2t 1.2 平面电磁波 6
1!/+~J[# 1.2.1 复矢量波动方程一一齐次矢量亥姆霍兹方程 6
w?ssV 1.2.2 理想介质中的平面波解 7
9[DQ[bL 1.2.3 吸收介质中的平面波解 8
)6)|PzMQ' 1.3 平均电磁能流密度光强 9
BOJh-(>I 1.4 电磁波谱、
光谱 10
TRz~rW
k 习题 12
tW5\Ktjno 参考文献 12
_dqjRhu 第2章 平面光波在两介质分界平面上的反射与透射 14
Bp\io$(% 2.1 各向同性理想介质界面的反射与透射 14
zF/}s_><* 2.1.1 S波反射与透射 14
i]GBu 2.1.2 P波反射与透射 16
Gb61X6 2.2 各向同性吸收介质界面的反射与透射 18
jIE>t5 fy 2.2.1 S 波反射与透射 18
K-wjQ|*1 2.2.2 P 波反射与透射 20
T(+F6d=1 2.3 非均匀介质界面的反射与透射 21
#%VprcEK 2.3.1 几何光学近似条件下非均匀介质中的波传播 21
aM 0kV.O 2.3.2 任意非均匀介质界面的反射系数方程 24
n ! qm 2.4 各向异性介质界面的反射与透射 30
cb&y8!ci~ 2.4.1 平面对称各向异性介质中麦克斯韦方程的分量形式 31
QxnP+U~N 2.4.2 平面对称各向异性介质界面的反射与透射 31
N&NOh|YS 2.5 反射系数和透射系数随入射角的变化 36
R+]p
-NI^ 2.5.1 全反射与倏逝波 36
D,xWc|V 2.5.2 全透射 37
Z{#^lhHx 2.5.3 反射系数、透射系数振幅和相位随入射角变化 38
DjOFfD\MF 2.6 反射率和透射率 39
.Q"3[ 2.6.1 理想介质分界面的反射率和透射率 40
y- k?_$M 2.6.2 吸收介质分界面的反射率和透射率 41
)xQxc. 2.6.3 空气与金属导体表面的反射率 43
!~UI~-i' 习题 44
V$
38 参考文献 44
qq-&z6;$ 第3章 平面光波在平界面层状介质薄膜中的反射与透射 45
;KQ'/nII 3.1 法向阻扰和光学有效导纳的概念 45
B2d$!Any 3.2 平面分界面单层均匀介质薄膜的反射与透射 47
w GZ(bKyO 3.3 平面分界面多层均匀介质薄膜的反射与透射 53
{%D
"0* ^ 3.3.1 平面分界面多层均匀介质薄膜反射系数和透射系数计算的矩阵方法 53
dQM# -t4* 3.3.2 多层增透膜和高反射膜的基本构成特点 55
4:r^6m%% 3.4 非均匀介质膜层的特征短阵 61
|UnTd$m 3.4.1 一阶近似 62
P},S[GaZ 3.4.2 二阶近似 63
VK`_Qc#B 3.5 各向异性介质薄膜的分层矩阵计算方法 64
uW>AH@Pij 3.5.1 各向异性介质中的矩阵波动方程 64
-Kg@Sj/U}R 3.5.2 各向异性介质薄膜的矩阵波动方程 66
yD1*^~ loJ 3.5.3 均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的解 70
t)XV'J 3.5.4 单轴各向异性介质薄膜的特征矩阵 72
L:Wy- Z 3.5.5 非均匀各向异性介质薄膜矩阵波动方程的数值解 74
i?=3RdP/R1 3.5.6 单层各向异性介质薄膜的反射与透射 75
};o R x) 习题 79
3\=8tg p 参考文献 79
C*Ws6s>+z 第4章 膜系设计图示法 81
w2]1ftY 4.1 矢量法 81
^'EEry 4.2 导纳图解法 87
uNd ;;X 4.2.1 单一等效界面等反射率导纳圆图和等相位导纳圆图 87
j,/o0k, 4.2.2 单层膜系等折射率导纳圆图和等相位导纳圆图 89
>[|:cz 4.2.3 多层膜系等折射率导纳圆图 92
TeqFy( Dr 4.3 金属膜导纳圆图 97
OD\x1,E)I 4.4 膜系层间电场分布 99
jLr8?Hyf 习题 100
bG^eP:r 参考文献 101
Xz]}cRQ[ 第二篇 光学等膜分类反应用
DDAqgx 第5章 增透膜 102
fS#/-wugOB 5.1 表面反射对
光学系统性能的影响 102
nOQ+oqM< 5.2 基底介质非相干叠加的透射率 104
uzp!Y&C 5.3 透射滤光片组合透射率 106
@2$PU{dH 5.4 均匀介质增透膜 107
ac+7D:X 5.4.1 单层均匀介质增透膜 107
@Jvw"= 5.4.2 多层均匀介质增透膜 108
@TgCI`E 5.5 非均匀介质增透膜 113
twgU ru 5.6 入射角变化对透射率的影响 115
\!cqeg*53 5.7 增透膜应用实例液晶显示增透膜 117
~fCD#D2KU 习题 118
d0-}Xl 参考文献 118
Yf {s0Z 第6章 高反射膜 120
SF_kap%JM 6.1 反射镜组合的反射率 120
wCmwH=O 6.2 周期多层膜系的反射率 121
,}{E+e5jh7 6.2.1 周期多层膜系的特征矩阵 121
9HTb 6.2.2 周期多层膜系的反射率和透射率 122
\XRViG,|5 6.3 [HL]m类型的周期多层膜 123
!Z=`Wk5 6.4 (0.5L) H(0.5L)m类型的对称周期多层膜 126
[*}[W6
3v 6.5 周期多层膜构成的宽带高反射膜 128
.\U+`>4av 6.6 中远红外区域的多层高反射膜 129
ybS7uo 6.7 软X 射线区域的多层高反射膜 131
I*lq0& 6.8 金属反射镜 134
~ S-x-cZ 6.8.1 常用金属反射镜 134
I5x/N. 6.8.2 金属一介质反射镜 136
Y!POUMA
}A 6.9 影响反射特性的因素 137
?R,^prW{ 6.10 高反射镜应用实例 143
TqQ>\h"&_ 6.10.1
激光高反射镜 143
0*g
psS 6.10.2 光刻机系统193nm 高反射膜 144
/ _}v|E0 6.10.3 DLP/LCoS 技影薄膜宽角度高反射镜 145
uL-i>!"L!} 习题 146
vO0ql 参考文献 146
=HoiQWQs` 第7章 带通滤光片 149
m k -"
U7; 7.1 带通滤光片的特性描述 149
55$by.rf? 7.2 带通滤光片的基本构型一一法布里一咱罗干涉仪及其变形 150
k ,<L#?,a 7.3 法布里一咱罗干涉仪透射率计算 151
:nwcO3~` 7.3.1 单层薄膜反射与透射计算的有效界面法 151
8:t-I]dzk 7.3.2 膜系透射定理 153
~7~nU>Vv 7.3.3 法布里一躏罗干涉仪的透射率计算 155
>Y2Rr9 7.3.4 法布里础罗干涉仪透射特性分析 156
kN}.[enI~ 7.3.5 特殊带通滤光片信噪比的计算 164
a?JU( 7.4 窄带和中等带宽滤光片 164
ie$=3nZJ} 7.4.1 法布里踊罗干涉滤光片 164
4&y_+ 7.4.2 窄带平顶多腔带通滤光片 172
cOUO_xp( 7.4.3 诱导带通滤光片 174
#e9B|Y?b 7.5 超窄带带通滤光片 183
#Jm_~k 7.6 宽带带通滤光片 185
CS"p[-0 7.7 带通滤光片的角特性 186
t S!~>X 7.8 极远紫外及软X 射线区域带通滤光片 190
sWX 7.9 多通道窄带带通滤光片 192
C62<pLJf 习题 193
*E$D, 参考文献 193
p O:
EJ 第8章 截止滤光片 196
we} sC, 8.1 截止滤光片的特性描述 196
^ g4)aaBZ 8.2 吸收型截止滤光片 197
s#d# *pgzh 8.3 干涉型截止滤光片 198
*g=*}2 8.3.1 1/4波长周期膜系的透射特性 198
MI@ RdXkY 8.3.2 周期对称膜系的光学等效导纳和等效相位 199
^MddfBwk 8.3.3 [(0.5H)L(0.5H)]和[ (0.5L) H(0.5L)]类型对称膜系的光学等效导纳和等效相位 201
$~:hv7% 8.3.4 [(0.5H)L(0.5H)Jm 和[(0.5L) H(0.5L)]m类型周期对称膜系的透射率 203
qA"?5 j32 8.3.5 透射带内波纹的压缩 208
ikxSWO_Y= 8.3.6 截止带的展宽 210
Ab(bvS8r$ 8.3.7 透射带的展宽和压缩 212
Pu9.Uwx 8.4 金属介质膜截止滤光片 218
F8=6!Qj 8.5 热反射镜、冷反射镜和
太阳能电池覆盖膜 218
G)e 20Mst 习题 221
vW4f 3(/ 参考文献 221
Wc]Fg9E 第9章 带阻滤光片 223
3aDma/ 9.1 带阻滤光片的特性描述 223
.4^Paxz 9.2 周期对称膜系构成的带阻滤光片 223
|RjjP 7 9.2.1 单个周期对称膜层的等效导纳和等效相位 224
;ib~c, 9.2.2 多层膜透射率的不变特性 224
He]F~GXP 9.2.3 周期对称多层膜通带内波纹的压缩 227
~(&xBtg:} 9.2.4 四种介质周期对称膜系构成的带阻滤光片 230
EAq >v
t83 9.3 非周期对称多层膜构成的带阻滤光片 231
yqBu7E$X 9.4 正弦周期折射率带阻滤光片 232
k,@1rOf 9.4.1 正弦周期折射率带阻滤光片的基本构成特点 233
de`6%%| 9.4.2 正弦周期折射率带阻滤光片设计的傅里叶变换方法 234
v$mA7|(t! 习题 241
8bK}&*z< 参考文献 241
zh4o<f:- 第10章 分光镜 243
3;M!]9ms 10.1 中性分光镜 243
8WyG49eic 10.1.1 金属膜中性分光 244
4B> l|% 10.1.2 介质膜中性分光 245
~}M{[6! 10.1.3 金属介质膜中性分光 247
@eMyq1ZU 10.2 双色分光镜 249
-!}1{ 10.3 偏振分光 254
X:e'@]Z)? 10.3.1 偏振特性的描述 254
2xnOWW 10.3.2 平板偏振分光镜 255
ZHF@k'vm/9 10.3.3 棱镜偏振分光 258
Mr1pRIYMd 10.3.4 宽角宽带偏振分光 259
6@$[x* V 10.4 消偏振分光 262
l%U9g 10.4.1 偏振分离的描述 263
Z6*RIdD> 10.4.2 介质膜消偏振分光设计实例 267
zCQv:.0L 10.4.3 金属一介质膜消偏振分光设计实例 271
Zg'[.wov 10.4.4 其他消偏振分光设计方法 273
%kUJ:lg;d 10.5 分光中的消色差问题 280
\GWq0z& 习题 281
S_QDYnF)` 参考文献 282
6S8l 第二篇 薄膜扶术基础
D{4
Y:O&J 第11章 薄膜制备技术 283
z7K?rgH 11.1 真空技术简介 283
Qz<-xe`o8] 11.1.1 真空的基本知识 283
^ID%pd 11.1.2 真空的获得 284
2cDC6rul 11.1.3 真空的测量 286
49#-\=<gt 11.2 薄膜制备方法物理气相沉积 289
%sq=lW5R{b 11.2.1 蒸镀法 289
dHu]wog 11.2.2 溅射法 300
Y9%yjh 11.3 薄膜制备方法化学气相沉积 306
@2u<Bh}} 11.3.1 化学气相沉积的原理 307
0hv[Ff 11.3.2 常压化学气相沉积 308
Iq5F^rH`[ 11.3.3 低压化学气相沉积 308
'|cuVxcE55 11.3.4 等离子体增强化学气相沉积 309
af_zZf!0 11.3.5 光化学气相沉积 310
F+6ZD5/ 11.3.6 金属有机化学气相沉积 311
E`s_Dr}K 11.3.7 原子层沉积 312
6RF01z|~_ 11.4 薄膜制备方法一一液相沉积 313
Z5U~g? 11.4.1 化学镀 313
~\/ J& 11.4.2 阳极氧化法 314
4H,DG`[Mo 11.4.3 溶胶一凝胶法 314
oO|^ [b# 11.4.4 电镀 315
.dygp"* 11.4.5 LB 膜制备技术 315
;klDt|%3j 11.5 光刻蚀 316
.SsIU\[) 11.5.1 光刻工艺 316
f&`*x t/ 11.5.2 光刻胶 317
U!'lc}5 11.5.3 掩模 318
u1"e+4f 11.5.4 曝光 318
646yeQ1 11.5.5 刻蚀方法 318
;z?XT\C$ 11.5.6 无掩模刻蚀 321
[0}471 11.5.7 刻蚀图形及折射率 323
CxRp$;rk 习题 323
u7;A` 参考文献 324
pqs)ueu 第12章 光学薄膜检测技术 326
I*ej_cFQ^ 12.1 光谱分析技术基础 326
JC#@sJ4az) 12.1.1 光度计和光谱仪的基本构成 326
T'V(%\w 12.1.2 紫外一可见光分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪 330
m^=,
RfUUd 12.2 薄膜透射率和反射率测量 333
X1-s,[j' 12.2.1 透射率测量 333
oY]VP+b! 12.2.2 反射率测量 334
(kHR$8GFM 12.3 薄膜吸收和散射测量 338
JTI m`t"d= 12.3.1 吸收测量 338
^DH*@M 12.3.2 散射测量 342
sH]AB=_ 12.3.3 薄膜表面轮廓及粗糙度测量 344
1D`RR/g& 12.4 光学薄膜常数测量 347
wx!*fy4hL 12.4.1 光度法 348
H )}WWXK 12.4.2 全反射衰减法 354
WNx^Rg"
>' 12.4.3 椭圆偏振法 357
"VeUOdNA> 12.5 光学薄膜激光损伤阔值检测 358
y"hM6JI 12.5.1 光学薄膜激光损伤机理 359
:+5afv} 12.5.2 影响光学薄膜激光损伤阔值的因素 360
:}-u`K* 12.5.3 激光损伤阂值测量方法 362
xsvs3y | 12.5.4 提高光学薄膜损伤阂值的途径 366
&SM$oy#? 12.6 薄膜微结构和化学成分检测 368
]UI+6}r 12.6.1 薄膜微结构 368
2mO#vTX4 12.6.2 薄膜微结构检测 371
Q. XsY.{ 12.6.3 雕塑薄膜 372
LJ)) 12.6.4 薄膜化学成分检测 373
?
1{S_ 12.7 薄膜非光学特性测量 375
$P-m6 $SXxAS1