摘 要

在单反相机中，五棱镜起着重要的作用，其表面需要减少入射光的反射率，尽量降低反射损失，提高成像质量，达到优质照相要求。此次课题的工作目的是，在五棱镜基底上设计一种用于可见光波长范围类的增透膜系，运用于400nm~700nm的波长区间，平均反射率不大于0.4%，最大反射率不大于0.6%，以510nm为中心波长。

本篇文章介绍了增透薄膜相关的理论知识，并借助于理论知识，完成增透薄膜的设计，分别设计了双层增透薄膜系统、三层增透薄膜系统、四层增透薄膜系统、五层增透薄膜系统，借助于MATLAB软件对设计好的的增透薄膜结构进行相互对比与分析，最后总结四层增透薄膜系统最符合课题所要求的增透性能。

关键词：薄膜光学；增透薄膜；反射率；透射率

Abstract

In SLR cameras, the pentaprism plays an important role. Its surface needs to reduce the reflectivity of incident light, minimize the reflection loss, improve the image quality, and achieve high-quality photographic requirements. The purpose of this project is to design an anti-reflection coating system for visible light wavelength range on the base of pentaprism, which is applied to the wavelength range from 400nm to 700nm. The average reflectance is not more than 0.4%, and the maximum reflectance is not greater than 0.6%, centered at 510nm.

The article introduced the theoretical knowledge of antireflection films and used the theoretical knowledge to complete the design of antireflective films. The two-layer antireflection film system, three-layer antireflection film system, four-layer antireflection film system, five-layer antireflection film system, and the systems use the MATLAB software to compare and analyze the designed anti-reflection film structure. Finally, it concludes that the four-layer anti-reflection film system best meets the requirements of the subject.

Key Words：Thin film optics; antireflection film; reflectance; transmittance

目 录

第1章 绪论 1

1.1 薄膜光学的发展历史及现状 1

1.2 增透膜的发展现状及应用 3

1.3 论文主要内容 3

第2章 薄膜光学理论和特性计算 5

2.1 光的电磁理论 5

2.2 薄膜干涉理论 7

2.3 单层薄膜的反射与透射特性 8

2.4 多层薄膜的反射与透射特性 12

第3章 增透膜的原理及其特性计算 15

3.1 单层增透膜 15

3.2 双层增透膜 17

3.3 多层增透膜 19

第4章 增透膜系设计方案及其光谱特性曲线 21

4.1 双层增透薄膜的设计与分析 21

4.2 三层增透薄膜的设计与分析 22

4.3 四层增透薄膜的设计与分析 22

4.4 五层增透薄膜的设计与分析 23

4.5 设计方案对比及分析 24

第5章 结论 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

人类生活在一个绚丽多姿的世界，光已经和我们的生活密切相连，光是人类无时不刻不遇到的自然现象。更为重要的是，光是信息的载体，光学就是研究光的本性及传播规律的学科。随着光学技术的迅速发展，和光学打交道，离不开薄膜光学，薄膜光学作为其中一个重要部分，已经成为现代光学必不可少的基础技术，并且与我们的生活密切相关，随处可见，大到航天军事方面，小到小小的眼镜镜片。薄膜光学已经成为物理光学的一个重要的分支，研究薄膜光学不仅为光学科技发展起到关键作用，而且能很大提高人类生活的便利性。

1.1 薄膜光学的发展历史及现状

五光十色的肥皂泡，水面上漂浮着五彩斑斓的油膜，两片玻璃的空气层呈现出五颜六色的光环，这些现象都引起了十七世纪早期智慧的自然科学家们的注意，虽然现在解释这一系列现象极为简单，就是光在厚度发生变化的膜层产生干涉所导致的，当时的科学家都提出了一些基础的见解与解释，但成果并不令人满意。

一百五十年以后，托马斯杨的干涉实验与菲涅尔将此进一步充分研究与发展，上述现象才被人类彻底弄清。物理光学基础部分才被正式建立起来，所以干涉原理是整部物理光学的依据。

早在1827年，夫琅和费制成了第一批减反膜，他将精细处理后的平面玻璃一半进行腐蚀，清洗干净后发现，腐蚀后的那一半表面反射的光强远远低于另一半未经腐蚀的。因为处理过的一半失去了一些成分，形成了一层比基底折射率低的一层薄物质。但在早期的年代，光学器件相较于当代都比较简单，人类对复杂光学器件的需求并不大，导致夫琅和费并没有在此基础上继续研究下去，也错过了一项关键的研究。

1886年，在光在近似垂直入射的条件下，瑞利提出了有关菲涅耳反射定律的实验验证，他得出一个结论，失泽玻璃的反射率比刚抛光的玻璃的反射率更低一点，失泽玻璃表面上的薄膜是反射率降低的主要原因。

1891年，丹尼斯.泰勒发现普通物镜的火石玻璃透镜在使用了几年的情况下，其失泽显现比较显然。他对这一现象进行观察并做出了解释，提出是使玻璃失泽的这层薄薄的薄膜增加了物镜的透射率。事实上，丹尼斯.泰勒发现了一种制作光学增透膜的方法，那就是化学侵蚀。

与此同时，在19世纪的时候，法布里-珀罗干涉仪被发明，此次发明很大程度上推动了光学薄膜发展的脚步，并且是光学薄膜的基础结构。

随着飞速发展的光学技术，光学薄膜的相关技术也得到很大的发展，无论是科学领域，还是人类生活，都取得很大的成果。在当代，很多高科技产品都离不开光学薄膜，大到军事航空，小到手机、电视，几乎所有的光学系统都不能离开光学薄膜，光学薄膜已然成为科研热点之一。

传统的光学薄膜是现代光学仪器的重要组成，在各种光学材料的表面镀上单层或多层光学薄膜，利用干涉效应改变反射光或者透射光的光强、相位及偏振态。在科技发达的当今，薄膜被镀制在塑料、光纤、光学玻璃晶体等各种材料上，厚度也从几个纳米到几百个微米不等。光学薄膜已经大范围的应用于各种光学器件中，如干涉滤波片、光学镜头、激光谐振腔等，另外人们也逐渐认识到光学薄膜在光电领域的重要作用。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。

传统光学薄膜以光的干涉原理为基础。不同介质的折射率性质不同，其对光的透射性能也有所不同。传统光学薄膜就是利用这一原理，在基底表面镀上光学薄膜，根据不同的要求来制成不同的薄膜，起到增透或者增反的作用。

增透膜，也叫做减反膜，一般普通玻璃表面反射情况比较严重，会造成两种比较严重的后果，一是光能量损失使像的亮度大大降低，满足不了要求所需；二是表面反射光通过多次的漫射或反射，有一部分光成为杂散光，会使成像结果画质比较差。所以增透膜的作用尤其重要，使各种光学器件性能增高。应用于可见光谱的光学仪器很多，产量上来说，占据增透膜的绝大部分，几乎在所有的光学仪器上都要进行增透作用，增透膜的作用是最广泛的。增透薄膜也是这次毕业设计课题的主要研究内容。

增反膜与增透膜恰好相反，增反膜是用于将入射光大部分或者几乎全部反射的光学元件。有一部分的光学器件，要求光学元件有很高的反射性能。例如激光器的反射镜都需要反射性能很高的反射镜，才能满足激光发生条件。在光学器件表面上涂上一层高反薄膜，入射光线进入光学器件表面时，利用其上下表面上的反射光的光程差满足干涉相长条件，从而发生干涉现象。若薄膜的光学性质与厚度的选择适当，使反射光的干涉最大时，透射光强就会达到最小，从而达到增反的要求。