摘 要

光学薄膜作为一种重要的光学元件，在光学、光电子学等相关领域有着非常广泛的应用。对光学薄膜的研究也成为热点，因此本文以光学薄膜为对象研究其光学特性。光学薄膜计算的理论基础是经典电磁场理论，研究光学薄膜的特性，从理论上来说，根据麦克斯韦方程及其边界条件就可以直接计算薄膜的光学特性。但这种方法实际操作是非常繁杂，于是实际分析薄膜系统特性时采用传输矩阵法、矢量画图法等方法，传输矩阵法是常用方法之中最为简洁方便的，因此以此为理论基础对薄膜的光学特性进行分析。

论文首先介绍光学薄膜的国内外研究现状，再介绍其应用和发展现状以及发展趋势，还有光学薄膜设计方法的发展历史。对光学薄膜的基础理论进行详细的介绍，其中包括光的电磁理论、特征矩阵法、多层膜的光学特性分析等等。

其次，利用特征矩阵的方法对光学薄膜系统进行研究，再使用Matlab仿真软件对薄膜系统进行计算和仿真以分析其光学特性。本次研究的主要对象是增透射膜和薄膜光学滤波器，先对这两种膜系的特点进行介绍，再根据矩阵方法借助Matlab软件对这两种膜系的特点进行仿真分析，最后再根据实际情况的要求设计增透膜与光学薄膜滤波器。

关键词：光学薄膜；特征矩阵；增透膜；滤波器

Abstract

Optical thin film is a kind of important optical components which has a very range of applications in optical, optoelectronics and other related fields. And the research of optical coatings is hot, so the optical properties of the optical thin film are studied in this paper. The theoretical basis of the calculation of optical thin films is the classical electromagnetic field theory. Theoretically speaking, the optical properties of the films can be calculated directly by using the Maxwell equation and the boundary conditions for the research of optical coatings’ optical properties. But the method’s operation is very complicated, so we use the transfer matrix method, vector drawing method and other method when we analyze the characteristics of the thin film system in the actual situation. And the transfer matrix method is the most simple and convenient, so I use the transfer matrix as the theories foundation in this paper.

First of all, the paper introduces the research status at home and aborad. Also it introduces the application and development of optical thin film and the development trend, as well as the development history of optical thin film design method. And the basic theory of optical thin film is introduced in detail, including the electromagnetic theory of light, the characteristic matrix method, the optical properties of multilayer films and so on.

Secondly, It is the research of optical thin film’s system which uses the characteristic matrix method. And the Matlab simulation software is used to calculate and simulate the thin film system. The main object of this study is antireflection film and thin film optical filter, so the first step is introducing the characteristics of the two films. And then I use Matlab software to simulate the characteristics of these two kinds of membrane system according to the characteristic matrix. In the end, there will design the practical antireflection film and optical thin film filter.

Key words: optical thin film; characteristic matrix; antireflection film; filter

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 光学薄膜国内外研究现状 1

1.3光学薄膜的功能及应用 1

1.4光学薄膜的分析和设计 3

1.5论文内容安排 3

第2章 薄膜光学的理论基础 4

2.1光的电磁场理论 4

2.1.1 光波的电场与磁场 4

2.1.2 光波在两介质分界面上的传播 6

2.2 薄膜计算的矩阵方法 8

2.3 薄膜干涉理论 12

第3章 薄膜特性的分析 14

3.1分析仿真平台 14

3.2薄膜特性分析方法 14

3.3 增透膜特性的分析 16

3.3.1 增透膜的参数设置 16

3.3.2 增透膜的仿真与分析 17

3.4 高反膜特性的分析 21

3.4.1 高反膜的参数设置 21

3.4.2 高反膜的仿真与分析 21

3.5 带通滤波片的特性分析 24

3.5.1 带通滤波器的参数设置 24

3.5.2 带通滤波器的仿真与分析 25

第4章 实用薄膜的设计 28

4.1 镜头增透膜的设计 28

4.2 窄带带通滤波片的设计 30

第5章 总结 32

参考文献 33

致谢 34

1. 绪论

1.1引言

光学薄膜作为一种重要的光学器件，是现代光学仪器和光学系统不可缺少的一部分。光学薄膜指的是光学材料表面上附着的厚度薄而均匀的介质膜，它可以是单层膜或者多层膜^[1]。它是根据光的干涉原理设计的，它能改变基底介质的透射光或反射光的强度、偏振态和相位等光学特性。光学薄膜已经被广泛应用于摄影、军事、通讯、激光技术等领域，不知不觉地融入了人们的日常生活。随着21世纪初期光电子技术的快速发展，对光学薄膜器件的性能要求更高，技术要求更难、应用要求更广泛和更多的功能种类。中国作为世界最大的光学加工厂，对光学薄膜技术的学习和研究是相当有必要的，因此光学薄膜的研究是非常有意义的工作。

1.2 光学薄膜国内外研究现状