摘 要

光学薄膜作为一种重要的光学器件，在实际生活中有着越来越广泛的应用。对光学薄膜的研究也显得越来越有必要。因此，本文以光学薄膜为研究对象，研究几种常见光学薄膜的光学特性。光学薄膜的理论基础是经典的电磁场理论，我们通过研究光波在介质面的传播，通过传播的边值条件，可以得到光学薄膜的光学特性。然而当涉及到多层膜时，就需要应用到薄膜的特殊矩阵了。但仍然有非常大的计算量。因此我们利用具有自动计算能力和绘图能力的MATLAB软件经行分析与讨论。

本文首先介绍了光学薄膜的发展现状，研究的背景及意义，以及发展趋势。随后介绍了大量相关的原理，包括光的电磁理论、薄膜的干涉理论、特征矩阵等。

然后选取了高反膜、能量分光膜和干涉滤光片三种较为常见的光学薄膜，进行不同膜系结构和光学参数的设计与仿真。进行对比和验证，得出相关的结论。本文重要的一大特点是利用MATLAB进行计算和仿真，因此内容也包含了对MATLAB的简单介绍，以及用MATLAB编写程序的主体思路和具体的代码分析等。

关键词：光学薄膜；特殊矩阵；高反膜；能量分光膜；干涉滤波片

Abstract

As an important optical device, optical film has been more and more widely used in real life. Research on optical films has become increasingly necessary. Therefore, this article takes the optical film as the research object and studies the optical properties of several common optical films. The theoretical basis of the optical film is the classical electromagnetic field theory. By studying the propagation of light waves on the dielectric surface, the optical properties of the optical film can be obtained through the boundary conditions of propagation. However, when it comes to multi-layered films, it is necessary to apply a special matrix to the film. But there is still a very large amount of calculations. Therefore, we use the MATLAB software with automatic calculation and drawing capabilities to conduct analysis and discussion.

This article first introduced the development status of optical films, the background and significance of the research, and the development trend. Subsequently, a large number of related principles were introduced, including electromagnetic theory of light, interference theory of thin films, and characteristic matrix.

Then three kinds of optical films, including high-reflection film, energy-splitting film and interference filter, were selected to design and simulate different film structure and optical parameters. Compare and verify and draw relevant conclusions. An important feature of this article is the use of MATLAB for calculations and simulations. Therefore, the content also contains a brief introduction to MATLAB, as well as the main ideas and specific code analysis for writing programs with MATLAB.

Key Words：Optical Films; Special Matrices; High-Reflection Films; Energy Splitting Films; Interference Filters

目录

第1章 绪论 2

1.1 研究背景与现状 2

1.2 研究目的和意义 3

1.3 论文主要结构 3

第2章 光学薄膜的相关理论基础 5

2.1 光的电磁场理论 5

2.1.1 光波的磁场与电场 5

2.1.2 光波在两介质面的反射与折射 7

2.3 薄膜的特征矩阵 10

第3章 MATLAB程序编写与分析 14

3.1 MATlAB简介 14

3.2 MATLAB程序编写方法 14

3.3 具体代码与分析 16

第4章 薄膜特性的分析 17

4.1 高反膜特性的分析 17

4.1.1 高反膜的参数设置 17

4.1.2 高反膜的仿真与分析 17

4.2 能量分光膜的特性分析 21

4.2.1 能量分光膜的参数设置 21

4.2.2 能量分光膜的仿真与分析 22

4.3 干涉滤光片的特性分析 24

4.3.1 干涉滤光片的参数设置 24

4.3.2 干涉滤波片的仿真与分析 24

第5章 总结与展望 26

参考文献 28

附录 I MATLAB代码 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景与现状

目前，光学薄膜的应用在我们的生活中随处可见，例如我们戴的眼镜镜片，各种电子产品的屏幕等。光学薄膜的应用主要体现在通讯、显示和存储等三个大的方面。随着人们对光学薄膜的要求越来越多，越来越高。因此功能更加全面，更加特殊化的光学薄膜的市场也越来越大。对光学薄膜的研究与设计也显得无比重要。特别是电子计算机开始辅助光学薄膜的设计和制备，这使得工程量大大的减小，光学薄膜的发展速度飞速增加。

光学薄膜产业被广泛的看好，也拥有广阔的前景。目前在世界范围内都获得了足够的重视，各国都积极的发展光学薄膜产业。但当前我国光学薄膜产业仍然处于刚刚起步的阶段，对研发不够重视，产业链不够完善，制造技术不够完美，使得在整个行业都处于弱势。与其他的光学薄膜产业强国相比，我国处于一个非常尴尬地位。虽然已经意识到了光学薄膜产业的巨大前景，但总体来说投入仍然偏小。没有一个合理的规划，对研发的投入力度过小，且整个产业都在各自为战，没有形成规模，自然也就缺乏足够的竞争力了。其实最主要的问题是没有掌握核心，即研发力量不够。一些基本的元器件能够满足需求，但涉及到高端产品或者特殊功能的产品时就显得力不从心了。因此，一些高端产品的制作设备在技术、设备方面有巨大的差距。一些精密的设备，细小的零件，由于在精度和成功率上不能达标，仍然需要进口。因为在关键环节缺乏生产制程技术和经验丰富的高端人才，使得我国在高端产品上缺乏足够的竞争力，因此，当前我国光学薄膜产品主要以中低档产品为主^[4]。