毕业论文（设计）基于彩色分光系统的短波通滤光片的研制Word文件下载.docx

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最后对所滤光片进行光谱性能测试，环境测试以及误差分析。

关键词：

薄膜理论 短波通滤光片 膜系设计 离子辅助沉积

Abstract

Dichroicbeamcombinerisusedinmulticolorspectrometricsystemincludingcolortelevision,movie.printingandsoon,whichisfilterthatmakestheredlightreflectedandgreenlighttransmitted.Inordertomakegreenhighantireflection,redhighreflectivity,accordingtothebasictheoryofopticalfilm,selecttitaniumdioxideandsilicondioxideasfilm,usethefilmdesignsoftwaretooptimizedesignfilmsystem,usequartzcrystalcontrollingandion-assisteddepositionmethod,theK9substrateisplatedsuccessfullywhosecenterwavelengthis650nm,510nmwavelengthfrom400isahighantireflection,highbandfrom600to640nmiscutofffilter.Finally,theplatingsamplesareforspectralperformancetesting,environmentaltestinganderroranalysis.

Keywords:

opticalfilm；

shortpassfilter；

designoffilmsystem；

ion-assisteddeposition

I

第1章绪 论

目

录

II1

1.1薄膜的发展

1

1.2短波通滤光片的发展现状

1.3论文的主要研究内容

2

第2章薄膜光学的基本理论

3

2.1单层薄膜

2.2多层薄膜

5

2.3短波通滤光片的原理

6

2.3.1通带波纹的压缩

7

第3章滤波片的膜系设计

9

3.1膜料的要求和选择

3.1.1对材料的基本要求

3.1.2镀膜材料的性质

3.2膜系设计

10

第4章滤波片的镀制

15

4.1薄膜的制备装置

4.1.1真空系统

4.1.2蒸发系统

4.1.3膜厚监控

16

第5章测试结果与分析

20

5.1实验结果

5.2误差分析

21

结 论

22

参考文献

23

致 谢

24

3II

薄膜光学是一门综合性很强的工程技术科学，主要研究光在传播过程中，通过分层介质时产生的反射、透射、吸收等现象。

20世纪30年代开始光学薄膜得到应用。

目前光学薄膜己广泛应用于各种光学、光电设备[1]。

光学薄膜是一个综合交叉的学科，研究领域非常广，涉及到诸多物理问题和技术问题，既有非常强的基础研究特色，又具有很强的产业背景。

一直是光学、光电领域中不可忽略的重要基础技术，而且品质要求也越来越高，特别是近年来在资讯显示及光通讯科技快速发展之下，不论是在显示设备中分、合色元件，还是在光通讯主、被动元件开发制程上，薄膜制作技术都是不可忽略的重要技术[2]。

而在平板显示技术、光通讯技术、生物医学光电技术等领域，薄膜技术有其决定性的影响。

从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用，比如，平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品，或者是钞票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。

倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是雷射技术发展速度，将无法得到进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展的重要性[3]。

光学薄膜技术作为一项专门研究的技术，主要研究以下几个方面：

薄膜的使用要求，根据其使用条件和用途来确定薄膜的种类，不同种类的薄膜有不同的作用；

薄膜的设计，根据使用要求和条件来设计合适的薄膜，由于薄膜在实际制备的过程中和理论设计存在一定的偏差，设计时要特别注意，当产生误差时，根据情况分析误差产生的原因。

薄膜材料的选择，根据薄膜要求的工作波段和材料本身的特性（包括：

材料测试、化学纯度、材料创新、材料型式）选择合适的材料，还要综合考虑材料的力学性能，匹配原则等方面[4]；

薄膜的制备，采用不同的镀膜设备以及配备组件可能制备出性质不同的薄膜，要求越高的薄膜，需要采用性能更好，配置更高的设备来制作；

薄膜性质的分析，其中包括光学性质，机械力学性质以及其他方面性质的研究；

薄膜的微观结构，包含薄膜的生长，薄膜结构的形成以及它们对膜层性质的影响等；

薄膜性能的测试，包括其光谱特性、机械牢固性、力学性质以及各种适应环境的测试等[5]。

在光学薄膜中，短波通滤光片是经常用到的一种膜系，它要求在长波处截止，短波透过，在实际应用中有着广泛的前景。

如在彩色电视、电影、印刷等彩色分光系统中，在医疗仪器中广泛使用的二向色镜（使红光反、绿光透射）便是短波通

滤光片。

医疗方面，短波通滤光片可应用在荧光纤维支气管镜中，可用来诊断早期肺癌。

癌前病变及原位癌病理上仅是数层细胞的改变，无肉眼可见的征象。

近年来人们发现在特定波长光的照射下，癌组织发出粉红色荧光，而正常组织发出绿色荧光，不同组织在特定波长的光激发下可产生特异的自身荧光光谱，如肺组织在442nm波长的照射下产生的自身荧光，绿光波长为500—550nm，红光波长为620—670nm。

但由于荧光很弱，很难用肉眼观察，必须借助荧光纤维支气管镜。

它的原理是用波长是442nm的深蓝色光激发组织，不同组织释放的绿色光相差很大，而红色光相差很小。

用短波通滤光片得到两个波段的光再叠加起来，正常组织将会表现为绿色，而癌组织则表现为棕色或红棕色。

正常组织绿光与红光的比值是异常组织的7倍。

光通过光纤维传递图像，计算机处理，最后显到监视器，有利于及早发现病情[6]。

生物芯片扫描技术是20世纪末发展起来的一项新技术。

它将在DNA结构与功能之间架起一道桥梁[7]。

在生物芯片扫描仪的设计中，先用激光激发物体产生荧光，荧光被激发物镜汇集成平行光，再通过二向色镜（短波通滤光片）反射到窄滤光片，通过接受物镜汇聚在共辘探测针孔上，再由光电倍增管进行光

电转换、信号放大、处理，并通过USB（通用串行总线）传送到计算机进行设计[8]。

在电影技术中，要将胶片图像转换为录像磁带技术，就要用到短波通滤光片。

在电视、电影机电荷耦合器件（CCD）扫描类型中，由固定光源照明连续均匀运行的透过影片图像的光由光学系统（物镜及短波通滤光片）分解为红、绿、蓝三基色光并由三个与影片运行方向相垂直的CCD线阵所接收，利用CCD线阵的连续采样功能和胶片的连续运行产生视频电信号[9]。

本文是为制作许多光电仪器的关键部位二向色镜等器件而设计的，它要求

K9基底，400—510nm高透，平均透过率大于98%；

600—640nm截止，平均透过率小于1%。

具体的工作可概括如下：

首先根据薄膜光学理论进行理论分析，为膜系设计打下基础；

其次，根据设计要求，结合膜料的性质选定基底玻璃材料及镀膜材料，借助计算机进行膜系仿真，进行膜系设计；

随后进行薄膜的真空镀制，膜片的光谱性能测试；

最后进行膜片的误差分析。

这一光学镀膜工艺技术问题的解决，将使滤光片的分光效果更好，从而使电影、电视的色彩、图像效果更好，医疗仪器的诊断准确率更高。

在界面应用边界条件

E+

E

+

-

E0= 11 11

（2-1）

11

H=H++H-=H++H-

（2-2）

=h（E+-E-）

E+=E+expæ

i2pndcosqö

11 12 ç

÷

l

è

ø

E-=E-expæ

-i2pndcosqö

1

1

（2-3）

12

E=E+eid1+E-e-id1

（2-4）

H=h（E+eid1-E-e-id1）

（2-5）

d=2pndcosq

（2-6）

1 l11 1

写成矩阵形式有：

é

E0ù

é

eid1

e-id1ù

E+ù



（2-7）

ê

ú

=ê

id

idú

12ú

ë

H0û

ê

he

1-he

1ú

E-ú

û

接着在界面应用边界条件

1 û

12

é

cosd1

isind1/hù

E2ù

1ù

1ù

（2-8）