多层膜体折射率弱不均匀度反演计算的近似模型及性能分析

实际应用中的薄膜或多或少存在体折射率不均匀缺陷,其准确表征对于镀膜工艺参数调校、低损耗薄膜设计与制备分析等具有影响。从Schr-der近似出发,推导了体折射率弱不均匀薄膜的膜系特征矩阵,通过特征矩阵法推广,建立了体折射率弱不均匀多层膜光谱特性计算的近似模型。利用基于有效介质理论的多层均匀膜近似方法,讨论了上述近似模型的有效性、计算精度和时间消耗特性。结果表明,上述模型矩阵计算中引入体折射不均匀度这一参数,为多层膜体折射率不均匀缺陷反演提供了一种有效的手段,为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用奠定了基础。     

灵敏度控制思想在主动膜系设计中的快速实现算法

 基于斜入射薄膜制备实践中镀膜误差对光谱性能的严重退化影响的认识,提出了一种基于灵敏度控制思想的主动膜系设计方法。在深入分析了镀膜中膜层结构参数误差的分布规律的基础上,运用膜系光谱系数关于膜层参数的导数计算的解析模型,建立了膜系灵敏度的定量计算模型和快速实现算法。以一45°入射高精度消偏振增透膜的设计实验为例,探讨了灵敏度控制思想在膜系设计中的可行性、快速性和有效性。结果表明,这一新型设计方法不会显著增加程序时间消耗,能获得具有良好可镀制性能的薄膜,对于正入射和宽角度入射膜同样适用,而且可以避免昂贵的失败试镀和采样,有助于缩短新薄膜的生产周期,特别是对于高精度斜入射薄膜的重复性制备具有重要意义。     

多层介质膜光栅用高反射镜的严格耦合波分析

基于严格耦合波和增强透射矩阵的方法,提出了一种数值稳定的求解多层介质膜光学特性的机理模型.利用该模型计算了多层介质膜光栅用高反射镜的优化设计膜系.使用电子束热蒸发方式制备的多层介质膜光谱特性和理论设计的结果符合得很好,该严格耦合波模型是分析介质膜光学特性有效的稳定的数值求解方法.     

斜入射下薄膜体折射率不均匀度快速反演模型

体折射率不均匀是一种常见的薄膜缺陷,其反演计算对于膜系的设计和制备都有重要影响。推导出体折射率不均匀薄膜的膜系特征矩阵,建立斜入射条件下的不均匀膜光谱特性计算的近似模型,探讨模型的计算精度和计算时间,并利用模型计算椭偏角验证模型的可行性。结果表明,斜入射条件下的不均匀薄膜模型为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用提供了快速有效的方法。     

薄膜非均匀性及其对增透膜性能的影响

基于非均匀膜理论提出的折射率分层模型,将非均匀膜层分为N个均匀子层,应用光学薄膜特征矩阵对其进行理论分析。应用膜系设计软件模拟ZrO2和CeO2的负非均匀性对增透膜光谱特性的影响。研究结果表明:负非均匀性使多层增透膜的反射率增大,在参考波长处的光谱特性变差,使整个反射光谱曲线朝长波方向漂移,从而导致整个膜系的光谱特性偏离理想情形。     

表面等离子体共振膜系结构优化设计

Kretschmann型激发表面等离子体共振(SPR)膜系结构是探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻技术(PSPRN)的关键部分之一。采用多层介质的特性矩阵法计算膜系结构的透射系数和反射率,对PSPRN所需的单膜层、双膜层及三膜层膜系结构进行了优化设计。计算结果表明,光波波长为514.5 nm时,对于选定材料的最佳膜系结构是Ag膜厚度为46 nm的单膜层结构,Ag膜厚度为24 nm,AgOx厚度为95 nm的双膜层结构及Ag膜厚度为44 nm,SiO2厚度为180 nm,AgOx厚度为10 nm的三膜层结构,提出了记录层材料应选择折射系数小且吸收系数尽可能小的光刻材料的观点。     

反1.06μ透可见激光防护膜

本文介绍了反1.06μ透可见激光防护膜的设计、制备工艺以及为提高膜层的牢固度而采取的一些措施。一、膜系设计选取短波通滤光膜系作为反1.06μ透可见激光防护膜的初始膜系。由埃普斯坦的对称组合膜系与单层膜在数学上等效的理论,     

基于量子遗传算法的宽带离散化极紫外多层膜的研制

提出了一种基于量子遗传算法的宽带极紫外多层膜的离散化设计方法,解决了在膜系设计中普遍采用的遗传算法存在求解精度低的问题.同时在基于量子遗传算法的膜系设计方法中对膜系进行了离散化设计,解决了在仅由时间控制膜厚且沉积速率较大的镀膜系统中的膜厚高精度控制的问题.依据量子遗传算法的膜系设计结果采用磁控溅射镀膜系统镀制宽带极紫外多层膜.测试结果表明,宽角度极紫外多层膜的入射角为0°~15°,反射率达45%以上;宽光谱极紫外多层膜的入射波长为13~15nm,反射率达20%以上.相关研究工作为宽带极紫外多层膜的研发提供了另一种可供选择的且较优的搜索优化算法,同时该算法结合实验,实现膜厚的离散化设计,使镀制出的多层膜具有较好的光谱性能.     

基于等效膜层理论的1/4规整膜系薄膜偏光分束镜

为了设计制作1/4规整膜系的高性能薄膜偏光分束镜,根据三层对称膜系结构的等效膜层理论和截止带理论,设计了两种对称膜系结构的偏光分束镜。利用TFCalc薄膜软件对两种膜系结构偏光分束镜的分光光谱特性进行了模拟。利用电子枪蒸镀法分别制备了两种膜系结构的偏光分束镜(580~780 nm),并利用分光光度计和搭建的消光比测试系统,对两种膜系结构偏光分束镜的透射率和消光比进行了测试。结果表明,两种膜系结构的偏光分束镜在设计分光光谱范围内透射率可以达到90%以上,消光比优于3×10-3,与理论设计吻合得很好。     

取样光纤光栅的多层薄膜分析新方法

将取样光纤光栅看成一个多层薄膜体系,每层膜用界面传输矩阵和膜层传输矩阵表示,将每层的传输矩阵相乘后得到取样光纤光栅的反射谱。数值计算结果表明:取样光纤光栅的总长度、折射率调制深度、占空比、取样周期和啁啾系数等参数都会影响反射谱的峰值和带宽。该模型的精度满足设计要求。     

Analytical properties of the spectral characteristics of antireflection coatings

The spectral dependences of the coefficients of multilayer antireflection optical coatings are analyzed. The results can be used in research directed toward determining the lower limit of residual reflection.     

极紫外多层膜技术研究进展

在极紫外波段,任何材料都表现出极强的吸收特性,因此,采用多层膜实现高反射率是构建正入射式光学系统的唯一途径。本文总结了极紫外多层膜的发展进程,叙述了制备极紫外多层膜的关键技术(磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射)以及它们涉及的相关设备。由于多层膜反射式光学元件主要应用于极紫外光刻与极紫外天文观测,文中重点讨论了极紫外光刻系统对多层膜性能的要求,镀膜过程中的面形精度和热稳定性等问题;同时介绍了极紫外天文观测中使用的多层膜的特点,特别讨论了多层膜光栅的制备技术和亟待解决的问题。     

Development of Al-based multilayer optics for EUV

We report on the development of multilayer optics for the extreme ultra-violet (EUV) range. The optical performance of Al-based multilayer mirrors is discussed with regard to promising reflectivity and selectivity characteristics and the problems of the interfacial roughness for this type of multilayers. We demonstrate a possibility to reduce the average roughness by introducing additional metal layer (W or Mo) rather than depositing a buffer layer at each interface. We have prepared and tested Al/SiC, Al/W/SiC and Al/Mo/SiC multilayers of various periods for the spectral range from 15 to 40 nm, which is the range of increasing interest for high-order harmonic generation, synchrotron radiation and astrophysics. The structure of the three-component systems has been optimized in order to obtain the best reflectivity for each wavelength within the spectral range. We have shown that introduction of refractory metal in Al-based periodic stack can improve the optical performance of multilayer reflecting coatings designed for the EUV applications.     

含n＝k超薄金属膜的周期对称膜系的性质及窄带高反膜设计

本文阐述了n≈k的超薄金属膜与介质膜组成周期对称膜系的光学特性,并结合Ag、Al等膜层的高反特性提出了可见光区诱导窄带高反膜系结构,推导出膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性的近似公式,实验证实了理论设计和分析.同时也提出了设计红外和紫外窄带高反滤光片的方法.     

多层光学薄膜矢量散射的理论与实验研究

本文提出一种用以计算多层光学薄膜的矢量散射波场分布的新方法。并应用统计学原理,详细讨论了不同膜层界面的互相关模型及相应的光学薄膜散射特性。推导中应用了薄膜光学的惯用概念,所得公式亦比较简洁。还实验测量了光学薄膜的散射波场分布,并根据所建立的模型确定了所测光学薄膜的界面互相关特性。 关键词：     

A novel optical multilayer hydrophone with a triangular pyramid substrate

A novel concept for an optical multilayer ultrasonic hydrophone with the sensing film deposited on a triangular pyramid glass substrate is proposed.Using the calculation model for the spectral coefficients’ derivatives of a dielectric multilayer optical coating,the acousto-optic sensitivity characteristic of the hydrophone is analyzed with different measurement laser polarizations and incident angles.We present a reasonable method and adjusting strategy for the optimum working point selection of the ultrasound measurement.Analytic results show that the novel hydrophone possesses all the other merits of a plate glass substrate optical multilayer hydrophone but with improved detection sensitivity.A longer measurement time without distortion decreases the difficulty of high frequency signal circuits.Spatial split of the ultrasound signal caused by the substrate’s triangular pyramid roof simplifies the spatial spot area correction,which contributes to the accurate calibration of the hydrophone’s wideband frequency response.     

Luus-Jaakola optimization procedure for multilayer optical coatings

Designing multilayer optical coatings is a difficult optimization problem because of the huge size of the search space. In the present paper, the Luus-Jaakola (LJ) optimization procedure, a new optimization algorithm, is employed to model multilayer optical coatings in the X-ray domain. With this algorithm it is not necessary to specify initially the number of layers present in a design. Only an upper limit needs to be defined. The algorithm has been used to maximize the reflectivity over a range of incident angles at a fixed wavelength, and over a wavelength range at a fixed incident angle. The results show that the LJ algorithm can be effectively applied to the design of multilayer optical coatings resulting in fewer layers than obtained using alternative optimization methods.     

Study of optical constants of PbTe and GeTe films

Results of studying the absorption coefficients and refractive indices of PbTe and GeTe films in the spectral range from 1 to 15 μm are presented. The optical constants of films were found by a technique that combines calculation methods and the presence of strong absorption bands in the spectra. The spectral intervals were determined where the film-forming materials under consideration offer promise in the production of interference coatings for the IR spectral region.     

利用紫外透射光谱研究透射式GaN光电阴极的材料结构及光学特性

GaN紫外光电阴极是近年发展起来的一种高性能真空紫外探测器件,其中透射式结构作为光电阴极实际应用的工作模式,其多层结构参数及光学特性对阴极的最终光电发射性能有着重要的影响.测试了透射式GaN阴极材料的紫外透射光谱,通过建立透射式GaN阴极样品的透射模型,得到了GaN阴极样品的薄膜厚度、光学吸收系数与透射谱之间的函数关系.计算得到的GaN外延材料的厚度与实际值误差小,吸收系数与已发表数据一致,表明紫外透射光谱法能够准确地实现透射式GaN阴极材料结构及光学特性的评估.