hi,小慕
光学薄膜与制备技术
第4次开课
开课时间: 2025年03月01日 ~ 2025年06月10日
学时安排: 3-5学时
当前开课已结束 已有 361 人参加
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课程详情
课程评价(12)
spContent=光学薄膜的发展极大地促进了现代光学仪器性能的提高,光学薄膜器件已经广泛应用到光通信技术、光伏产业技术、激光技术、光刻技术、航空航天技术等诸多领域。可以说:没有光学薄膜技术的发展,就没有现代光学仪器和测控技术的发展。掌握光学薄膜特性计算方法,设计光学薄膜系统,熟悉薄膜制备技术,理解薄膜生长物理机制及其性能指标,已成为在微电子、通信、航天、新材料等高新技术产业和科研单位工作的必要条件。
光学薄膜的发展极大地促进了现代光学仪器性能的提高,光学薄膜器件已经广泛应用到光通信技术、光伏产业技术、激光技术、光刻技术、航空航天技术等诸多领域。可以说:没有光学薄膜技术的发展,就没有现代光学仪器和测控技术的发展。掌握光学薄膜特性计算方法,设计光学薄膜系统,熟悉薄膜制备技术,理解薄膜生长物理机制及其性能指标,已成为在微电子、通信、航天、新材料等高新技术产业和科研单位工作的必要条件。
—— 课程团队
课程概述

    《光学薄膜与制备技术》课程是光电信息科学与工程专业的专业主干课程;本课程也适用于光伏材料专业、太阳能电池专业、应用物理专业、 材料学专业等相关专业的本科生选修。本课程内容分为两个部分,第一部分讲授光在分层介质中传播时的透射特性、反射特性、吸收特性以及光的偏振状态和相位变化规律。主要内容包括光学薄膜概述、薄膜光学的电磁理论基础、薄膜光学特性计算方法、常见的光学薄膜系统(器件)设计;第二部分讲授薄膜的制备、生长和特性表征技术。主要内容有薄膜的制备技术、薄膜的生长结构与缺陷、光学薄膜特性测试与分析等。通过本课程的学习,使学生掌握光学薄膜特性计算理论和光学薄膜系统设计方法、掌握光学薄膜制备技术与性能表征手段,培养学生分析问题、解决问题的能力,以及实践动手能力。为从事光学薄膜、光伏技术、投影显示及光电通讯等相关领域工作和深造打下良好的基础。

授课目标

1.  知识目标:

通过本课程的学习,使学生掌握光学薄膜基础理论、光学薄膜特性计算方法、光学薄膜系统设计方法、薄膜制备方法、制备工艺,薄膜生长原理,以及薄膜性能指标和表征检测技术;了解学科前沿发展动态、新技术应用及科研课题发展现状,为学生后续学习深造或工作奠定专业知识基础;

2.  能力目标:

通过本课程的学习,培养学生科学的思维方法,分析、识别和表达能力,动手实践能力,研究创新能力以及团队协作能力;

3.  价值目标:

通过本课程的学习,使学生树立科学的人生观和价值观,培养学生严谨求实的科学态度,建立文化自信,树立社会责任感和时代使命感。

课程大纲
绪论
课时目标:1.理解光学薄膜的概念、功能、分类、发展历史及意义;2.分析薄膜干涉时间相干性和空间相干性的特点;3.掌握光学薄膜的基本假定,评价影响真实薄膜的物理因素;4.掌握薄膜系统的表示方法,能熟练表示和分析不同的薄膜系统。
1.1 薄膜与光学薄膜
1.2 光学薄膜的功能与分类
1.3 薄膜光学发展历程
1.4 薄膜干涉特点
1.5 薄膜的基本假设
1.6 膜层、膜系及膜厚
1.7 膜系的表示
第1章 单元测验
第1章 单元作业1
第1章 单元作业2
薄膜光学电磁理论基础
课时目标:1.掌握麦克斯韦方程组的积分形式与微分形式;2.推导电磁波在导电与不导电介质中的波动方程;3.推证光学导纳方程;4.掌握电磁场的边界条件;5.掌握不同入射时的反射系数和透射系数;
2.1 麦克斯韦方程组与电磁波
2.2 介质中的电磁波
2.3 光学导纳方程
2.4 电磁场边界条件
2.5 垂直入射时的反射系数与透射系数
2.6 斜入射时的反射系数与透射系数
第2章 单元测验
第2章 单元作业1
第2章 单元作业2
光学薄膜特性计算方法
课时目标:1. 掌握单一界面上的反射率和透射率;2.掌握界面等效理论;3.掌握单层介质膜的反射率及其光学特性;4.掌握多层介质膜的反射率及其光学特性;
3.1 电磁波的能量
3.2 单一界面上的反射率和透射率
3.3 等效界面理论
3.4 单层膜的反射率
3.5 单层膜的光学特性
3.6 多层膜的光学特性
第3章 单元测验
第3章 单元作业
常见的光学薄膜系统设计
课时目标:1.掌握减反射膜的概念、光学特性,并能熟练设计给定要求的减反射膜系统/器件;2.了解金属反射膜,掌握全介质高反射膜的概念、光学特性,并能熟练设计给定要求的全介质高反射膜系统/器件;3.掌握截止滤光片概念、光学特性,分析截止滤光片通带波纹的产生的原因,并设计合理的滤光片系统对其波纹进行压缩;
4.1 减反射膜
4.2 单层减反膜
4.3 双层减反膜
4.4 多层减反膜
4.5 金属反射膜
4.6 全介质高反膜
4.7 全介质高反膜反射特性
4.8 高反膜反射带宽度计算
4.9 高反膜反射带宽表示
4.10 反射带的展宽
4.11 截止滤光片的定义及分类
4.12 截止滤光片光谱曲线
4.13 对称膜系等效定理
4.14 截止滤光片波纹产生原因
4.15 滤光片波纹压缩
第4章 单元测验
第4章 单元作业1
第4章 单元作业2
第4章 单元作业3
薄膜的制备技术
课时目标:1.掌握真空的概念、单位、真空度的表示;2.分析稀薄气体的性质、构建特定要求的真空系统、测量评价系统获得真空的性能;3.掌握真空镀膜理论、方法,熟练确定真空蒸发镀膜条件和工艺;4.掌握溅射镀膜的基本原理、根据实际需求选择具体溅射镀膜方法与镀膜工艺条件;5.掌握薄膜厚度均匀性理论,分析蒸发源、夹具、配置等对膜层均匀性的影响,根据制备条件选择合理的膜厚监控技术。
5.1 真空及其单位
5.2 稀薄气体的性质
5.3 真空的获得
5.4 真空的测量
5.5 真空蒸发镀膜过程
5.6 真空蒸发参数的确定
5.7 蒸发源类型
5.8 溅射镀膜基本原理
5.9 溅射镀膜参数
5.10 溅射的原子状态和溅射机理
5.11 溅射方式
5.12 膜厚的均匀性
5.13 夹具与膜厚的关系
5.14 薄膜厚度的监控
第5章 单元测验
第5章 单元作业1
第5章 单元作业2
第5章 单元作业3
薄膜的生长与结构
课时目标:1.掌握吸附、表面扩散、凝结的原理、类别,分析影响他们的各类因素;2.掌握核的形成与生长的物理过程,分析不同核生长理论的相同点与不同点,分辨其适用条件;3.分析连续薄膜形成与生长模式、生长过程;4.掌握薄膜的结构和薄膜的缺陷,分析影响薄膜结构的因素、分析制备条件对缺陷形成的影响;
6.1 表面吸附
6.2 凝结过程
6.3 核的形成与生长过程
6.4 热力学界面能理论
6.5 原子聚集体理论
6.6 薄膜的生长模式
6.7 临界核吞并与结合机制
6.8 薄膜的结构
6.9 薄膜的缺陷
第6章 单元测验
第6章 单元作业1
第6章 单元作业2
期末在线考试
课程学习总结
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预备知识

先修课程是《光学》、《电磁学》,或《普通物理学》、《大学物理》等物理类基础课程;

参考资料



1.主体教材

1) 薄膜的设计、制备及应用,王月花,贾传磊,第2版,中国矿业大学出版社,2023;

   2) 薄膜光学原理与技术,王月花,张荣,第1版,中国矿业大学出版社,2020;







2.参考教材

   1)光学薄膜制备技术,李建芳,周言敏,王君,第1版,中国电力出版社,2013;

2)薄膜物理与器件,肖定全,朱建国,朱基亮,申林,第1版,国防工业出版社,2011;

3)光学薄膜及其应用,范正修,邵建达,易葵,何洪波,第1版,上海交通大学出版社,2014;

4)现代光学薄膜技术,唐晋发,顾培夫,刘旭,李海峰,第1版,浙江大学出版社,2006;

   5)薄膜技术与薄膜材料,田明波,第1版,清华大学出版社,2011;

   6)薄膜物理与技术,杨邦朝,王文生,第1版,电子科技大学出版社,1994.

   7)薄膜技术,严一心,林鸿海,第1版,兵器工业出版社,1991;

   8)薄膜光学与真空镀膜技术,王志乐,第1版,哈尔滨工业大学出版社,2013;

   9)光学薄膜原理,林永昌,卢维强,第1版,国防工业出版社,1990.


中国矿业大学
3 位授课老师
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贾传磊

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教授

张荣

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