薄膜光學與鍍膜技術

光學薄膜是指在光學元件上或獨立基板上鍍上一層或多層之介電質膜或金屬膜或介電質膜與金屬膜組成之膜堆來改變光波傳遞的特性。所以薄膜光學這一門科學，即在研究光波在這些薄膜中行進的現象與原理。包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位變化等，進而設計及製造各種單層及多層之光學薄膜來達到科學與工程上的應用。本書原為授課之講義，因隨著科技的進展必須補充新的教材，故在第二版出版不到一年的時間，立即增添新內容，增訂第三版，內容詳實和更新速度最適合專業人士和學生研讀。

李正中
現職：國立中央大學 特聘教授
國立中央大學薄膜技術中心 主任
國立中央大學光電科學與工程學系 主任
中華民國光學工程學會 理事長
學歷：成功大學物理系 學士(1969)
成功大學物理所 碩士(1974)
亞歷桑那大學光學中心 博士(1983)
經歷：成功大學物理系 助教
中山科學研究院 副研究員
中央大學光電科學研究所 第五屆所長
中華民國真空學會第六屆 理事長
國科會精儀中心光學鍍膜訓練班 主任
中華民國光學工程學會學術主任委員、季刊總編輯、第十屆理事長
光電科技協進會(PIDA) 常務董事
國家科學委員會工程處光電學門 召集人
工業技術研究院光電所、材料所、電子所 顧問
國際光學工程學會 會士 (SPIE Fellow)
美國光學學會 會士 (OSA Fellow)
國立中央大學光電科學與工程學系 籌備系主任
Applied Optics, Optics Letters, Optics Express, Thin Solid Films, Optical Engineering, Applied Surface Science, Journal of Physics D: Applied Physics、Journal of Micromechanics and Microengineering、Sensors & Actuators、New Journal of Physics及Optics Communications等學術期刊之審查
著書：1.“Ion beam sputtering”, 1995, Chapter of “Thin Films for Optical System”, Ed. by F. R. Flory, Marcel Dekker Inc. (合著書)
2.“真空技術與應用”, 2001, 國科會精密儀器中心出版(合著書)。
3.“光學薄膜と成膜技術”, 2002年, ULVAC 譯 (日文), 2003年二刷,2005年三刷, 2008年四刷。
4.“光學元件精密製造與檢測”, 2007, 國研院儀科中心出版(合著書)。
5.“光電科技概論”, 2008, 中央大學光電系出版(合著書)。
6.“Thin Film and Coatings”, 2009, Chapter of “Handbook of Optical Metrology-Principle and Application, Ed. By Toru Yoshizawa, CRC.
專長：薄膜光學、鍍膜技術、薄膜特性之測量、干涉光學、薄膜色彩。

符號說明.....................................................xxi

1. 引言......................................................1

2. 基本理論..................................................7
電磁波...........................................................7
單界面之反射與透射...............................................17
單層膜之反射與透射...............................................38
多層膜之反射與透射...............................................58
多層膜矩陣的一些特性.............................................62
非相干性之反射與透射.............................................66

3. 光學薄膜設計之圖示法.......................................78
向量法...........................................................78
導納軌跡法.......................................................89

4. 分光鏡....................................................127
中性分光鏡.......................................................127
雙色分光鏡.......................................................135
偏振光分光鏡.....................................................138

5. 高反射鏡..................................................143
金屬膜反射鏡.....................................................143
全介電質膜高反射鏡...............................................159
全介電質膜高反射帶之拓寬.........................................166
膜層損耗對四分之一波膜堆的影響...................................169

6. 截止濾光片................................................177
非干涉型截止濾光片...............................................177
干涉型截止濾光片.................................................178

7. 帶止濾光片................................................203
高低折射率膜堆法.................................................203
折射率漸變膜及非均勻膜法.........................................206

8. 帶通濾光片................................................214
寬帶濾光片.......................................................214
窄帶濾光片.......................................................215
多腔窄帶濾光片...................................................231
誘導透射濾光片...................................................248

9. 斜向入射薄膜..............................................258
斜向入射時薄膜折射率之修正.......................................258
斜向入射時光學導納之修正.........................................260
消偏振鍍膜.......................................................266
斜向入射效應之應用...............................................279

10. 光學薄膜的製鍍方法.......................................282
液體成膜法......................................................282
氣體成膜法......................................................285
增能助鍍及其他方法..............................................312

11. 光學薄膜之特性與製鍍技術的改進............................314
各種改進膜質的製鍍方法..........................................327
混合式改進法....................................................346
以單一材料製鍍多層膜............................................352
膜微觀結構與雙折射特性..........................................355

12. 薄膜厚度之均勻性及鍍膜厚度之監控..........................360
膜分佈之理論分析................................................360
實作基板支撐架及膜厚監控的選擇..................................372

13. 光學薄膜特性的量測.......................................391
薄膜光學常數的量測..............................................391
薄膜透射率、反射率、吸收與散射量測..............................402
薄膜堆積密度之量測..............................................413
薄膜表面輪廓及粗糙度的量測......................................414
薄膜微硬度、抗擦性、附著性及環境溫溼變化之量測..................419
薄膜應力之量測..................................................424
薄膜微觀結構之分析..............................................432
薄膜成份之分析..................................................433
雷射輻射對薄膜損傷承受值的量測..................................434

14. 光學薄膜材料.............................................441
光學薄膜之基本要求..............................................441
常用光學薄膜之製鍍與特性........................................448
毒性............................................................455

15. 紫外光及X-光波域之光學薄膜................................457
紫外光光學薄膜..................................................459
X-光光學薄膜....................................................462

16. 光學濾光片製鍍範例.......................................474
濾光片的設計....................................................474
基板的準備......................................................494
鍍膜與膜厚之監控................................................496
光學成效檢驗....................................................497
非光學特性之檢驗................................................499
鍍膜機的清理....................................................499

附錄一 光學薄膜材料特性.......................................501

附錄二 有關薄膜光學原理、製作及檢測之參考書與會議...............506

名詞索引......................................................510