光学薄膜的发展史

薄膜光学理论发展初期阶段也是人们对光的波动性认识的历程，从17世纪”牛顿环”的发现到1801年托马斯·杨发表干涉实验结果，以及菲涅耳对此进一步的研究，物理光学和薄膜光学有了理论基础，目前用多光束干涉处理平行平面薄膜已成为物理教材的基本内容之一。

1873年麦克斯韦的《论电与磁》出版，将光的电磁理论与波动理论相结合，以此为基础导出了两媒质界面上入射光与反射光、透射光之间的振幅、能量和相位关系，从此分析薄膜光学问题的全部理论基本建立。然而，19 世纪的物理学却没有发展多层膜的概念，也没建立相应的分析方法，其原因是当时的光学系统比较简单，没有这种实际需要，当然，当时也不具备制备多层膜的工艺与设备。即使单层膜的应用也历尽艰辛，虽然早在 1817年夫琅禾费（Fraunhofer）就用酸蚀法制成了世界上第一批单层减反射膜，1866年，瑞利在报告中称失去光泽玻璃的反光比新鲜玻璃的反光弱，但这并没有引起人们的重视。1899年法布里与泊珞制成了第一个薄膜光学元件——法布里-泊珞（Fabry-Perot）标准具，但它仍是由两块镀单层银膜的平板构成的，而不是一个真正的多层膜器件。

因此，直到19世纪末，薄膜光学虽然具备了基础理论，但人们并没有找到实际制造各种薄膜的工艺方法和膜系设计分析手段，可以说，20世纪以前是薄膜光学的早期发展阶段。

1930 年油扩散泵的出现，使得工业制造各种薄膜成为可能，接着在实验室制造出了单层反射膜、增透膜、分光膜和金属法布里-泊珞干涉滤光片。

在上述实际工作的推动下，从 20 世纪 40年代开始，薄膜光学理论进入全面发展时期，各种薄膜光学理论和膜系计算方法被相继提出。1956年，瓦施切克发表了第一本薄膜光学专著《薄膜光学》（Optics of Thin Films），到了20世纪60年代，激光、空间技术和光谱技术的飞速发展，以及电子计算机的推广应用，推动了薄膜光学的飞速发展。1969年，英国学者麦克劳德（Macleod）用干涉矩阵解释和计算光学薄膜，出版了专著《薄膜光学滤光器》（Thin-film Optical Filters）。1976年，尼特尔（Knittle）发表了专著《薄膜光学》（Optics of ThinFilms），全面讨论了薄膜光学的一些理论问题。

薄膜光学本身的发展主要是解决光学薄膜的理论与计算问题，然后解决各类光学薄膜的设计问题。膜系设计与光学系统设计不同，这是因为光学设计的基础是几何光学，而膜系设计的基础是物理光学，确切说是光的干涉原理。最早的膜系设计方法是试凑法、图解法，但这只能解决一些简单膜系的设计问题，随着优化技术和电子计算机的广泛应用，除了发展基于薄膜光学理论的解析设计方法外，杨和西利（Seely）根据电路网络设计理论的研究成果，在膜系设计理论中引入网络设计理论。到 20世纪70年代，膜系设计的更大发展是计算机辅助的各种设计方法，特别是膜系自动设计。1981年，利德尔（Liddel）出版了膜系设计专著《多层膜中的计算机设计辅助技术》（Computes-aided Techniques for the Design of Multilayer Filters)。

目前，在 ZEMAX、CODEV 等先进的光学设计软件中已经包含膜系设计模块，并且出现了像 Macleod 这样的专业膜系设计软件。

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来源：北京高科新材