PECVD技术制备单层光学薄膜抗激光损伤特性研究

采用PECVD技术在BK7玻璃基底上沉积了不同厚度的单层SiO2（折射率为1.46）和SiNx（折射率为1.84）光学薄膜,并对这2种膜层进行抗激光损伤阈值（LIDT）测试,分析讨论了PECVD技术制备的单层光学薄膜与抗激光损伤特性之间的关系。实验结果表明:PECVD技术制备的单层SiO2薄膜有较高的LIDT,薄膜光学厚度在o/4~o/2之间时,在光学厚度为350 nm时,LIDT有最小值21.7 J/cm2,光学厚度为433 nm时,LIDT有最大值27.9 J/cm2。SiNx薄膜的LIDT随着光学厚度增加而减小,在光学厚度为o/4时,LIDT有最大值29.3 J/cm2,光学厚度为o/2时,LIDT有最小值4.9 J/cm2。     

自适应模拟退火遗传算法在薄膜厚度及光学常数反演中的应用

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都是十分重要的。借助Cauchy色散模型,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的自适应模拟退火遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。对由电子束蒸发制备的TiO2单层膜和SiO2/TiO2双层膜的厚度和光学常数进行了测量计算。实验结果表明,计算得到的光学参数与实测结果相一致,厚度误差小于2nm,在560nm波长处折射率误差小于0.03。     

4H-SiC基底Al_2O_3/SiO_2双层减反射膜的设计和制备

在4H-SiC基底上设计并制备了Al2O3SiO2紫外双层减反射膜,通过扫描电镜(SEM)和实测反射率谱来验证理论设计的正确性.利用编程计算得到Al2O2和SiO2的最优物理膜厚分别为42.0 nm和96.1 nm以及参考波长λ=280 nm处最小反射率为0.09%.由误差分析可知,实际镀膜时保持双层膜厚度之和与理论值一致有利于降低膜系反射率.实验中应当准确控制SiO2折射率并使Al2O3折射率接近1.715.用电子束蒸发法在4H-SiC基底上淀积Al2O3SiO2双层膜,厚度分别为42 nm和96 nm.SEM截面图表明淀积的薄膜和基底间具有较强的附着力.实测反射率极小值为0.33%,对应λ=276 nm,与理论结果吻合较好.与传统SiO2单层膜相比,Al2O3SiO2双层膜具有反射率小,波长选择性好等优点,从而论证了其在4H-SiC基紫外光电器件减反射膜上具有较好的应用前景.     

绿光波段60pm超窄带滤光片的研制

波长为532 nm的绿色激光在大气层中有较强的穿透能力,可用于自由空间光通信和激光三维测绘,为了抑制背景光的干扰,需要半功率带宽小于100 pm的光谱滤波器.因此,设计并研制了基于光学干涉薄膜的超窄带滤光片.将五氧化二钽(Ta2O5)和二氧化硅(SiO2)分别作为高低折射率膜层材料,将熔石英作为基片,采用双离子束溅射沉...     

用离子束溅射淀积的氧化物薄膜的折射率

介绍了用于波长为1550nm光通讯波分复用／解复用滤光片的离子束溅射的Ta2O5和SiO2薄膜在法里－珀罗多层膜中的折射率的实时所 方法及拟合方法及拟合结果，给出了它们的淀积时间，淀积速率和计算的光学厚度，分析了这些结果的可靠性。     

ZrO2/SiO2多层膜中膜厚组合周期数及基底材料对残余应力的影响

ZrO2/SiO2多层膜由相同沉积条件下的电子束蒸发方法制备而成,通过改变多层膜中高(ZrO2)、低(SiO2)折射率材料膜厚组合周期数的方法,研究了沉积在熔石英和BK7玻璃基底上多层膜中残余应力的变化.用ZYGO光学干涉仪测量了基底镀膜前后曲率半径的变化,并确定了薄膜中的残余应力.结果发现,该多层膜中的残余应力为压应力,随着薄膜中膜厚组合周期数的增加,压应力值逐渐减小.而且在相同条件下,石英基底上所沉积多层膜中的压应力值要小于BK7玻璃基底上所沉积多层膜中的压应力值.用x射线衍射技术测量分析了膜厚组合周期数不同的ZrO2/SiO2多层膜微结构,发现随着周期数增加,多层膜的结晶程度增强.同时多层膜的微结构应变表现出了与所测应力不一致的变化趋势,这主要是由多层膜中,膜层界面之间复杂的相互作用引起的.     

PECVD技术制备光学减反射膜工艺探索

讨论了采用PECVD方法在K9玻璃基底上制备SiO2、SiNx、以及SiOxNy薄膜材料的工艺参数与薄膜光学特性、沉积速率的关系,并且运用掌握的工艺参数成功地制备了400～800nm波长范围双层、梯度折射率减反射膜样片.实验结果表明,采用PECVD方法能够制备折射率可控的光学薄膜材料,沉积薄膜厚度的精度可以控制在7%以...     

常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

在常压百级洁净度环境下,采用三种不同折射率的SiO₂溶胶在熔石英基底上涂制四种不同薄膜,利用光学理论计算模拟了三种胶体涂制的膜层稳定性,通过实验考查了膜层光学指标随时间的变化规律。SiO₂薄膜能够显著提升光学元件透射率,但由于膜层表面的大量羟基及其多孔结构,SiO₂薄膜易吸附周围环境中的有机污染物及水分填充膜层孔隙,从而导致膜层折射率发生变化,影响膜层透射率、反射率等光学性能。实验结果发现,三种溶胶凝胶化学膜在常压百级环境中的有效期为80 d(绝对变化率小于0.1%),且三种胶体涂制的膜层稳定性由高到低依次为折射率1.19, 1.15, 1.25的膜层。     

太阳能玻璃表面高强度双层减反膜制备研究

用膜系设计软件设计了λ/4-λ/2的W型的双层减反射薄膜,优化了薄膜的光学常量,并使用溶胶-凝胶技术在玻璃基底上成功镀制了该双层折射率梯度的减反射薄膜.用椭圆偏振光谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计、原子力显微镜等分析表征了薄膜的性能.结果表明,镀制了该双层薄膜的玻璃在400 nm～800 nm波段平均透过率增加了近6%,同时薄膜显示出了极佳的机械强度.     

激光场对光学薄膜的作用

采用Mach-Zehnder干涉仪和光学延迟装置研究了Q开关激光与膜料折射率大于基底折射率和膜料折射率小于基底折射率的二类单层光学介质薄膜多次重复作用产生的等离子体形貌,从而对激光与介质薄膜相互作用的场效应进行了实验验证。     

基底温度对电子束蒸发制备氧化铝薄膜的影响

为了考察基底温度对氧化铝薄膜折射率以及沉积厚度的影响情况,在不同基底温度环境下,通过离子辅助电子束蒸发方式,在玻璃基底上制备了同一Tooling因子条件下所监测到相同厚度的Al2O3薄膜,利用分光光度计测量光谱透过率,依据光学薄膜相关理论,计算了基底温度在25℃～300℃范围内获得的膜层实际物理厚度为275.611 nm～348.447 nm,以及膜层折射率的变化。通过对实验结果的数值计算和曲线模拟,给出了基底温度对于薄膜的折射率和实际厚度的影响情况。     

SiO2和HfO2薄膜光学性能的椭偏光谱测量

结合XRD和原子力显微镜等方法,利用椭圆偏振光谱仪测试了单层SiO2薄膜（K9基片）和单层HfO2薄膜（K9基片）的椭偏参数,并用Sellmeier模型和Cauchy模型对两种薄膜进行拟合,获得了SiO2薄膜和HfO2薄膜在300-800nm波段内的色散关系。用X射线衍射仪确定薄膜结构,并用原子力显微镜观察薄膜的微观形貌,分析表明：SiO2薄膜晶相结构呈现无定型结构,HfO2薄膜的晶相结构呈现单斜相结构;薄膜光学常数的大小和薄膜的表面形貌有关;Sellmeier和Cauchy模型较好地描述了该波段内薄膜的光学性能,并得到薄膜的折射率和消光系数等光学常数随波长的变化规律。     

Sr0.75Ba0.25Nb2O6薄膜的PLD制备及其光学性能研究

本文采用脉冲激光沉积(PLD)方法在熔石英衬底上制备了Sr0.75Ba0.25Nb2O6(SBN0.75)光波导薄膜,采用Hitachi U-3410紫外-可见分光光度计对SBN0.75薄膜的透射谱进行测量,编程计算得到了薄膜折射率色散关系,同时得到SBN0.75薄膜的厚度和光学带隙分别为647.0nm和3.97eV。采用Metricon 2010棱镜耦合仪测量得到SBN0.75光波导薄膜中能激发的TE模式有4个,TM模式有3个。波长在632.8nm处薄膜的折射率为2.2818。并利用透射谱计算得出的薄膜的折射率和厚度值,根据波导理论导光模本征值的有效折射率表达式,对SBN0.75薄膜中能激发的导光模个数及其对应有效折射率进行图解,其结果与棱镜耦合仪所测得的结果非常吻合。     

原子层沉积制备Ta_2O_5薄膜的光学特性研究

以乙醇钽[Ta(OC2H5)5]和水蒸气为前驱体,采用原子层沉积(ALD)方法分别在基板温度为250℃和300℃的K9和石英衬底上制备了Ta2O5光学薄膜。采用分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等手段对薄膜的光学特性、微结构和表面形貌进行了研究。结果表明,用ALD方法制备的Ta2O5薄膜在刚沉积和350℃退火后均为无定形结构,而250℃温度下沉积的薄膜其表面粗糙度低,聚集密度很高,光学均匀性优,在中紫外到近红外均表现出很好的光学特性,可以作为高折射率材料很好地应用于光学薄膜中。     

太阳能玻璃表面高强度双层减反膜制备研究

用膜系设计软件设计了λ/4-λ/2的W型的双层减反射薄膜,优化了薄膜的光学常量,并使用溶胶-凝胶技术在玻璃基底上成功镀制了该双层折射率梯度的减反射薄膜.用椭圆偏振光谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计、原子力显微镜等分析表征了薄膜的性能.结果表明,镀制了该双层薄膜的玻璃在400 nm～800 nm波段平均透过率增加了近6%,同时薄膜显示出了极佳的机械强度.     

利用透射光谱与X射线反射谱精确测量溶胶-凝胶TiO2薄膜厚度和光学常数

在洁净K9玻璃基底上沉积TiO2薄膜,将透射光谱和X射线反射光谱相结合分析获得膜层的厚度和光学常数。X射线反射谱拟合能精确得到膜层的厚度、电子密度及表面和界面粗糙度,其中膜层厚度的数值为透射光谱的分析提供了重要参考。基于Forouhi-Bloomer色散模型拟合膜层透射光谱,得到薄膜折射率和消光系数,理论曲线和实验曲线吻合良好。对于同一样品,两种光谱拟合分析得到的厚度数值非常接近,差值最大为4.9nm,说明两种方法的结合能够提高光学分析结果的可靠性。     

离子束反应溅射沉积SiO2薄膜的光学特性

 主要研究采用离子束反应溅射（RIBS）制备SiO2薄膜的折射率、消光系数、化学计量比与氧气在氩氧混合工作气体中含量及其沉积速率的关系。研究结果表明：RIBS制备的SiO2薄膜在0.63 μm处折射率n= 1.48,消光系数小于10-5;随着沉积速率的增加,薄膜的折射率和消光系数随之变大,当沉积速率超过0.3 nm/s,即使是在纯氧环境溅射,折射率值也不低于1.5;通过对红外透射光谱的主吸收峰位置研究得到沉积的SiO2薄膜为缺氧型,化学计量比不超过1.8,且红外吸收峰位置和SiO2折射率存在对应关系,因此在不加热衬底情况下使用RIBS制备SiO2薄膜时,会限制沉积速率的提高。     

基底和膜层-基底系统的赝布儒斯特角计算(英文)

对基底和膜层-基底系统的赝布儒斯特角进行了数值计算.结果显示:当基底的消光系数小于0.01时,基底的赝布儒斯特角主要是由折射率决定;当基底的消光系数大于0.1时,基底的赝布儒斯特角不仅与折射率有关,而且还与消光系数有关,随着消光系数发生后周期性变化.研究表明:单层膜-基底系统的赝布儒斯特角主要由膜层的物理厚度、折射率、基底的光学常量所决定;在HfO2-硅和HfO2-融石英基底系统中,赝布儒斯特角随着入射光波长和膜层厚度的变化呈现准周期性规律变化,可能是由入射光在膜层的干涉效应引起的.     

ZrO_2/SiO_2溶胶-凝胶薄膜膜层间的渗透行为

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO2薄膜、单层ZrO2薄膜、ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率。对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析,发现SiO2/ZrO2双层膜之间的渗透十分明显,而ZrO2/SiO2双层膜之间几乎不发生渗透。利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟,得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合。     

SiO2静电自组装增透膜光学性质的研究

采用HCl与NH3@H2O分步催化制备了SiO2胶体,在同一终点pH值下可得到不同的粒度.用静电自组装法制备了PDDA/SiO2有机/无机多层复合光学增透薄膜.用TEM测试了薄膜的微观结构,用721分光光度计监测了薄膜的透射率,研究了薄膜的光学性能随薄膜层数及波长的变化.