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1、 现代光学薄膜技术期末报告学 院 信息科学与技术学院系 部 电子工程系 专 业 XXXXX 学 号 XXXXXXXXXXXXXX 姓 名 XXXXX 任课老师： XXXXX 完成时间 2014.6.8 现代光学薄膜技术期末报告图1-典型的LCOS引擎结构请陈述上述LCOS投影光学引擎中方框中所使用到的光学薄膜器件类型，并将该类型的具体光学特性要求给出；请详细给出方框8中X-cube的具体膜系设计过程和设计结果（设计材料和设计方法不限）答：按照图上数字标示：l 1、光源，需要高亮度，长寿命的白色光源。l 2、滤光镜，滤除光源中的紫外光和红外光部分，保留自然光（白光）。l 3、匀光镜？得到均匀的平
2、行光。l 4、分色镜，通过反射和投射不同波长的光对光进行分色，最终分成红、绿、蓝三种颜色。l 5、反光镜，普通高反放光镜，控制光的路径。l 6、偏极化分光镜，(PBS，Polarization Beam Spliter)，作用：得到需要的光，光分为P光和S光，PBS让P光通过，让S光反射。l 7、LCOS（Liquid Crystal on Silicon），即液晶附硅，也叫硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。在半导体材料上制作驱动电路，并将主动像素（液晶）矩阵放置在半导体材料之上，在工作时，LCoS只会对光线进行偏振处理
3、，而不遮挡光线。三色光分别通过各自的PBS后，会反射S偏光进入LCOS面板，当液晶显示为亮态时，S偏光将改变成P偏光，最后组合调变过的三道P偏极光，投射至屏幕处得到影像。l 8、X-cube合光棱镜，来自三片LCOS调制过的三道P偏极光经过合光棱镜会聚成一束光线。l 9、投影镜，即成像透镜。合成光束经过投影机镜头照射到屏幕上，形成彩色的图像。X-cube合光棱镜具体膜系设计由LCOS引擎结构图分析可知，X-cube合光棱镜如下图，可以分成四个部分胶合，胶合面有1、2、3、4需要镀光学薄膜，且可知胶合面1、3的薄膜一致，膜系要求对长波红光部分高反，同时对绿光蓝光高透。胶合面2、4的薄膜一致，应该
4、对短波蓝光部分高反，同时对绿光红光高透。这里我们取红绿蓝三个颜色的参考波长如下：蓝光：430nm450nm；绿光：490nm580nm；红光：620nm760nm。 图2-合色棱镜长波通LPF的设计红光：620nm760nm；绿光：490nm580nm；蓝光：430nm450nm。如图2，胶合面2、4上的设计的薄膜应满足通红光、绿光，反蓝光的长波通。 1、首先设定指标：由图可知工作环境，入射角度是45，入射介质和出射介质均为玻璃Glass，X-cube合光棱镜的入射光都是P偏正光，所以在设计过程中是针对P偏振光而非平均光。膜系要求在420nm450nm波段透射率低于1%，在485nm以上波段透
5、射率高于98%。 2、方案设计l 分析易得，可从设计一般的长波通膜系进行设计，采用长波通公式设计，以【(0.5L H 0.5L)m】的结构开始，材料选取常见的低折射率的SiO2与高折射率的TiO2。l 依据设计目标与环境【图3】，我们设计的长波通分界波长约在470nm，但由于工作角度是45度，设计时实际参考波长会向短波飘，所以参考波长经过探索取570nm，【(0.5L H 0.5L)m】中的m值取15，其他具体的优化选项的详见【图4】。初始设计结果未进行优化前如【图5】，显然在绿光波段不满足，需要进行优化。图3 图4l 优化，短波端已满足要求，长波段需要进行进一步优化，经过一系列探索和尝试，我
6、们最后将优化参数设置成【图6】所示，优化结果如【图7】所示。图5 LPF优化前结果图6优化参数设定 图7 优化后结果短波通SPF的设计如图2，胶合面1、3上的设计的薄膜应满足通蓝光、绿光，反红光的短波通。 1、指标：入射角度是45，入射介质和出射介质均为玻璃Glass，入射光都是P偏正光。膜系要求在420nm580nm波段透射率高于97%，在615nm以上波段透射率低于3%。 2、方案设计l 从设计一般的短波通膜系进行设计，采用短波通公式设计，以【(0.5H L 0.5H)m】的结构开始，材料选取常见的低折射率的SiO2与高折射率的TiO2。l 依据设计目标与环境【图8】，我们设计的长波通分界
7、波长约在600nm，同样由于工作角度是45度，设计时实际参考波长会向短波飘，经过探索参考波长选取820nm，【(0.5H L 0.5H)m】中的m值取25，其他具体的优化选项的详见【图9】。初始设计结果未进行优化前如【图10】，显然需要进行优化。图8 图9图10 SPF优化前 图11 最终优化参数选择图12 SPF优化后l 优化，大概趋势满足要求，需要进行进一步优化，经过一系列探索和尝试，我们最后将优化参数设置成【图11】所示，优化结果如【图12】所示。设计总结与心得，在设计时经过多次尝试之后发现，选好很多设计的参数以及公式很重要的，选好方案和参数往往使设计会更快甚至更好。u 长波通LPF的设
8、计n 在相同的优化方案下参考波长不同，优化的结果可能相差甚远。在此次设计中，其他设计不变，仅仅改变参考波长时，在500nm570nm的都能得到相对满意的结果，但是当高于575nm时，优化结果就很差，经过几番尝试570nm效果很好。n 优化间隔取值密度不同也可能使得结果相差甚远，甚至走向极端。在此次设计中，优化时选取的波长密度不够时就无法得到满意的结果。n 最终设计结果：在P偏正光下完全满足设计预设目标。u 短波通SPF的设计n 有时候优化参数不能一步到位，所以可以循序渐进设计出满意的结果。n 发现自己理论不足或者说能力不足，在短波通设计时候没法想长波通那样设计出比较满意的结果，很难兼顾两个波段的目标值。n 最终设计结果：在P偏正光下基本满足设计预设目标。u 优化方式薄膜设计优化方式薄膜设计仅仅以LPF为例,结果不是很理想，具体不详述。主要是优化过程中的一些参数的限制设定。结果如下：总层数27层。 总之，在此番设计中对薄膜设计有了更加具体的理解，通过这门课的学习进一步理解薄膜在生活中的应用，虽谈不上专业，但是对很多生活中的薄膜应用应该大概可以说出个所以然来了，受益良多。2014年6月8日星期日