摘 要

为了提高光学元件在一些应用中的使用性能，即在可见光波段有更高的透射率，本篇文章根据增透膜设计理论使用MATLAB软件来设计增透膜系，在其理论的基础上分别设计了双层增透膜系，三层增透膜系，四层增透膜系，以及五层增透膜系。

论文主要研究了在可见光波段上增透膜的种类和膜系结构，以及要达到在折射率为1.52的玻璃基底上的最大反射率要小于0.6%，平均反射率要小于0.4%的要求。对所设计的膜系进行仿真后，仿真结果表示，以上所提到的后三种膜系均满足了课题的要求。并且对其光谱特性进行对比分析后，发现四层增透膜的增透膜系的曲线性能最好。

关键词：可见光波段；增透膜；反射率

Abstract

In order to improve the performance of optical components in some applications, namely,it must be high transmittance in the visible light band. In the paper ,according to the design theory of the antireflective coating, we used MATLAB to design the antireflection coatings, such as double layer antireflection coating,Three-layer antireflection coating，four-layer antireflection coating and five-layer antireflection coating.

The paper mainly studied the type and coat structure during the visible light band, The maximum reflectivity of a glass base with a refractive index of 1.52 is less than 0.6%, and the average reflectivity is less than 0.4%. The simulation results showed that the above three coat structure met the requirements of the project. After comparing and analyzing its spectral characteristics,the curve performance of the four-layer antireflection coating was the best.

Key Words：The visible light band; Antireflection coating; Antireflection coating

目 录

第1章 绪论 1

1.1 薄膜光学的发展历史 1

1.2 薄膜光学的发展现状 1

1.3 增透膜的发展现状及应用 2

1.4 论文主要内容 3

第2章 薄膜光学理论和特性计算基础 5

2.1 光的电磁理论 5

2.2 薄膜干涉原理 6

2.3 单层薄膜的反射与透射 7

2.4 多层薄膜的反射与透射 11

第三章 增透膜的原理及计算 14

3.1 单层增透膜 14

3.2 双层增透膜 16

3.3 多层增透膜 18

第4章 增透膜系设计方案及其光谱特性曲线 19

4.1 双层膜的设计方案及其特性曲线 19

4.2 三层膜膜系增透膜的设计方案及其特性曲线 19

4.3 四层膜系增透膜的设计方案及其特性曲线 20

4.4 五层膜系增透膜的设计方案及其特性曲线 22

4.5 设计方案对比及最佳方案 23

第5章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

随着光学技术的迅速发展，薄膜光学作为其中一个重要部分，已经广泛应用到我们的生活当中，出现在生活中的每一个可见可不见的地方，大到军事航天领域，小到日常我们所配戴的眼镜等方面。薄膜光学的发展不仅为人类科技的进步作出了巨大贡献，更为我们的日常生活提供了很多的的便利^[1-3]。

1.1 薄膜光学的发展历史

很早之前人们就知道金属膜层，但如果作为现代薄膜光学萌芽的干涉现象，那么最早是由波义耳和虎克完成的现代薄膜光学的研究工作，他们研究了薄膜材料所呈现的颜色。牛顿利用这些颜色产生的牛顿环的现象来测量薄膜的厚度，这些现象人们很早就发现，而且在现在解释这些现象是极为简单的，即光在厚度发生变化的膜层中产生干涉所导致的。但是在当时那个时代人们难以对这一现象作出解释，大约过了一百多年以后才被科学家们所接受。在19世纪早期，托马斯杨进行了光的干涉原理的演讲，但其理论并没有获得广泛接受，直到菲涅耳在其基础上提出的衍射理论，才逐渐建立起了物理光学的基础^[4]。

在1817年夫琅禾费指出了第一批增透膜，但是因为在那个时代光学器件相对较为简单，对增透膜的需求不是很大，所以增透膜并没有就此发展下去，也有一种可能是夫琅禾费忽略了失泽玻璃在降低了反射率的同时也提高了透射率的关键。

在1886年瑞利提出了光在近似垂直入射时菲涅耳反射定律的实验验证，为了使测量结果和实际预期的想法达到高度一致，在试验完成后他得出刚抛光的玻璃比失泽玻璃的反射率更高一点，得到这种结论的主要原因是因为失泽的玻璃的表面有一层膜，正是因为这层膜使得失泽玻璃相比较抛过光的玻璃的透射率会更高一点。

其后在1891年，泰勒的书中写道，“关于上文所提到的失泽的问题，在已经使用了一段时间的普通物镜的火石玻璃透镜上是很明显的。我们很高兴的是，能够让使用火石玻璃的人们放心，能够用怀疑眼光去看待的这层让玻璃‘失去光泽’的薄膜，恰恰是这些观测者的‘好友’，因为它减小了物镜的反射率”。

同时，在19世纪法布里-珀罗干涉仪的出现，也为光学薄膜的进步提供了巨大的贡献，并且法布里-珀罗干涉仪成为薄膜滤光片的一种基本结构形^[4]。

1.2 薄膜光学的发展现状

自20世纪70年代以来，在光学技术迅猛发展的同时，光学薄膜技术也顺应时代得到了迅速的发展，在科技上和生活中都取得了巨大的成果。几乎所有光学系统都需要光学薄膜，所以光学薄膜技术已经成了许多研究领域最活跃的技术之一，例如真空技术和材料技术领域，在新技术时代占有举足轻重的位置^[5-8]。

光学薄膜是一种镀在一些器件表面的一层或多层薄膜，利用这层薄膜来选择性吸收一些特定波长的光，从而改变这些波长的光的透射性、偏振状态或者相位来实现人们对这些器件所要达到的效果和要求。一般用介质或者金属分子蒸发所得到的的光学薄膜来改变光的透射性^[9]，对于不同波长的光可以制成不同的厚度，而单色光源就没有这种滤波片方便。其中光学薄膜的基本功能有三个方面，分别为反射、减反射和光谱调控三个功能。首先利用第一个功能可以将光线反射到空间的各个方向，利用第二个功能也就是减反射，也是这次研究的主要内容，主要是将光线的透射率达到最高，从而减少光线在透过光学器件时的损耗。而利用最后一个功能则可以改变光学系统的色度^[10-12]。

光学薄膜大致可以分为传统薄膜光学、增透膜、增反膜、以及新型的光学薄膜。