màng quang học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHTN
BỘ MÔN VẬT LÍ ỨNG DỤNG
Seminar:
MÀNG QUANG HỌC
GVHD: PGS.TS LÊ VĂN HIẾU
HVTH: NGUYỄN ĐỨC AN
NGUYỄN ĐỨC THỊNH
6/20/2011 1
Nội dung trình bày
A. Thịnh trình bày:
• I. Giới thiệu chung về màng quang học
• II. Phổ UV – Vis
• III. UV – Vis spectrophotometer
• IV. Phương pháp Swanepoel
B. An trình bày:
• V. Phương pháp Stylus
• VI. Phương pháp xác định tính chất quang xúc
tác.
6/20/2011 2
I. Giới thiệu chung về màng mỏng quang học
• Khái niệm “mỏng” trong màng mỏng quang là khi
bề dày của màng tương đương với bước sóng ánh
sáng mà ta quan tâm.
• Nhóm 1: khi ánh sáng truyền tới song song với mặt
phẳng đế, màng mỏng quang học trong trường hợp
này đóng vai trò dẫn sóng quang. Tín hiệu ánh sáng
có thể thay thế tín hiệu điện trong thông tin và trong
máy vi tính.
• Nhóm 2: ánh sáng truyền vuông góc với mặt phẳng
phản xạ quang. Các ứng dụng gồm màng chống phản
xạ AR, kính lọc filter, gương hiệu suất cao, các bộ

phận tách chùm tia… Đây cũng là các màng mà
chúng ta quang tâm trong seminar này.
6/20/2011 3
Một số vật liệu tạo màng thông dụng
Vật liệu Chiết suất
Vùng truyền suốt
MgF
2
1.38 tại 550 nm 0.210 – 10 µm
SiO
2
1.46 tại 550 nm 0.2 – 8 µm
ThF
4
1.52 tại 400 nm 0.2 – 15 µm
Al
2
O
3
1.59 – 1.63 tại 600
nm
0.2 – 7 µm
CeF
3
1.63 tại 550 nm 0.3 – 5 µm
PbF
2
1.70 tại 1000 nm 0.24 – 20 µm
MgO 1.70 tại 550 nm 0.2 – 8 µm
Y

2
O
3
1.82 tại 550 nm 0.25 – 2 µm
SiO 2.00 tại 550 nm 0.5 – 8 µm
HfO
2
2.00 tại 550 nm 0.220 – 12 µm
ZrO
2
2010 tại 550 nm 0.340 – 12 µm
Ta
2
O
5
2.16 tại 550 nm 0.300 - 10µm
CeO
2
2.18 – 2.42 tại 550
nm
0.400 – 16 µm
TiO
2
2.20 – 2.70 tại 550
nm
0.350 – 12 µm
6/20/2011 4
II.Phổ UV - Vis
II.1. Thang sóng điện từ:
6/20/2011 5

II.2. Nguồn gốc phổ UV – Vis
6/20/2011 6
II.3. Định luật Lambert – Beer
6/20/2011 7
III. Thiết kế một hệ spectrophotometer
6/20/2011 8
III.1. Nghuồn kích thích
6/20/2011 9
III.2.Hệ đơn sắc
6/20/2011 10
III.3.Bộ phận giữ mẫu
6/20/2011 11
III.4. Detector
Photomultiplier detector
6/20/2011 12
6/20/2011 13
Diode array detector
6/20/2011 14
6/20/2011 15
III.5.Các loại
UV - Vis
spectro -
photometer
6/20/2011 16
6/20/2011 17
IV. Phương pháp Swanepoel
n
0
= 1
Đế

n
0
= 1
Màng, d
S α = 0
n = n
1
+ ik α
I
0
I
6/20/2011 18
• Vùng truyền suốt: α=0, độ truyền qua được
xác định từ n và s thông qua sự phản xạ nhiều
lần.
• Vùng hấp thu yếu: α nhỏ nhưng độ truyền qua
bắt đầu giảm.
• Vùng hấp thụ trung bình: α lớn và độ truyền
qua giảm do tác động của α.
• Vùng hấp thụ mạnh: độ truyền qua giảm mạnh
chủ yếu do ảnh hưởng của α.
4
k




6/20/2011 19
• Độ truyền qua của đế
• Chiết suất của đế

2
2
1
s
T
s


1
2
2
1 1
1
s s
s
T T
 
  
 
 
6/20/2011 20
Đối với màng điện môi trong suốt
(hệ số hấp thụ bằng 0)
• Độ truyền qua cực đại của màng:
• Độ truyền qua cực tiểu của màng:
2
2
1
M
S

T
S


2
4 2 2 2
4

( 1)
m
n S
T
n n S S

  
6/20/2011 21
Suy ra chiết suất màng trong vùng truyền suốt là:
Dựa vào điều kiện giao thoa
ta tính được độ dày màng theo công thức
6/20/2011 22
2 ( )
n d m
 

Ta có thể dùng cách sau để tính chiết suất của
màng tại vị trí có dao thoa cực đại lẫn cực tiểu:
• Dựa vào phương pháp Swanepoel này ta có thể viết ra
một chương trình để tính chiết suất và độ dày màng
với độ chính xác rất cao.
• Tuy nhiên phương pháp này có một nhược điểm đó là

bắt buộc phổ truyền qua dao thoa của chúng ta phải
có ít nhất năm cặp cực đại và cực tiểu.
 
1
1
2
2 2
2
( )n N N s

 
  
 
 
2
1
2
2
M m
M m
T T
s
N s
T T


 
6/20/2011 23
Mẫu 45
T

max
= 90.2%
T
min
= 68.9%
Hình 2.4: Phổ truyền qua của màng mỏng TiO
2
được chế tạo với các thông số:h=4cm, I
p
=0.5A, p=13
mtorr, tỉ lệ O
2
/Ar là 0.06
6/20/2011 24
d=544nm, n=2.29
V.PHƯƠNG PHÁP STYLUS