薄膜光学 制膜技术与装置

O484.1 2006032385聚合物纳米孔隙增透膜制备工艺的研究=Fabrication ofpolymer nanoporous antireflection fil m[刊,中]/杨振宇(华中科技大学激光技术国家重点实验室.湖北,武汉(430074)) ,朱大庆…∥光学学报.—2006 ,26(1) .—152-156论述了聚合物纳米孔隙增透膜的制备工艺流程,分析了聚合物材料分子量、实验环境温度和湿度、溶剂挥发性等条件对纳米孔隙增透膜的影响。研究表明,聚合物材料分子量的增大、温度的降低、湿度的升高以及采用挥发性弱的溶剂都将导致增透膜孔隙尺寸的增大,孔隙越大其对光的散射损耗就会越大,所以增透膜的透过…     

低损耗193 nm增透膜

计算了适用于193nm增透膜设计与制备的基底与薄膜材料的光学常数,并在此基础上对193nm增透膜进行了设计、制备与性能分析.发现基底材料的吸收损耗对增透膜元件的影响很大,超过一定值时,增透膜元件的设计透过率将达不到理想水平.对单面增透膜的设计与制备结果表明,当吸收损耗降低到一定程度,散射损耗成为不可忽略的因素.采用热舟蒸发方法实现了性能良好的193 nm减反射膜,剩余反射率在0.2%以下. 关键词： 193nm 增透膜 光学损耗 剩余反射率     

157 nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157 nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157 nm高反膜和增透膜|讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3 材料对设计制备的157 nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当|以AlF3/LaF3材料对设计制备的157 nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

157nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157nm高反膜和增透膜;讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3材料对设计制备的157nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当;以AlF3/LaF3材料对设计制备的157nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

新型杂萘联苯型聚芳醚砜硐聚合物光子材料成膜和光学特性

对新型聚合物光子材料杂萘联苯型聚芳醚砜硐(PPESK)波导薄膜的成膜工艺进行了系统的研究。分析了溶剂吸水性对成膜质量的影响,并通过氮气保护的方法获得了具有良好均一性的波导薄膜,其厚度一致性可优于1%,折射率一致性优于0.03%。采用棱镜耦合技术测量分析了PPESK波导薄膜的折射率、双折射、热光系数等光学特性,测量得到该材料在1310 nm波长处的损耗小于0.24 dB/cm,在1550 nm波长处的损耗小于0.52 dB/cm,表明该材料是一类性能良好的聚合物光子材料。     

193 nm氟化物增透膜的特性

 为了研制低损耗、高性能的193 nm氟化物增透膜,研究了基底和不同氟化物材料组合对氟化物增透膜的影响。在熔石英基底上,将挡板法和预镀层技术相结合,采用热舟蒸发方式制备了不同氟化物材料组合增透膜,对增透膜的剩余反射率和光学损耗等光学特性,以及表面粗糙度和应力等特性进行了测量和比较。在分析比较和优化的基础上,设计制备的3层1/4波长规整膜系AlF3/LaF3增透膜在193 nm的剩余反射率低于0.14%,单面镀膜增透膜的透射率为93.85%,增透膜表面均方根粗糙度为0.979 nm,总的损耗约为6％。要得到高性能的193 nm增透膜,应选用超级抛光基底。     

减少聚合物阵列波导光栅损耗的蒸气回溶技术

阵列波导光栅(AWG)器件是波分复用(WDM)系统的一种关键器件,其中,聚合物阵列波导光栅由于其制备工艺、器件集成等方面的优势而受到人们的日益关注。侧壁散射损耗是聚合物阵列波导光栅损耗的一个主要因素,减少阵列波导光栅波导的侧壁损耗对制备低损耗阵列波导光栅具有重要意义。一种蒸气回溶技术被用来有效地减少硅基聚合物阵列波导光栅的散射损耗,该技术的机理是饱和溶剂分子融入并软化波导侧壁,增加其流动性,从而降低波导侧壁粗糙度。用扫描电镜方法验证了用该技术能获得更光滑的波导侧壁。对直波导和阵列波导光栅样品进行回溶处理,测试后得到直波导的侧壁散射损耗减少2.1 dB/cm,阵列波导光栅中心信道和周边信道的插入损耗分别减少5.5 dB和6.7 dB,串扰减少2.5 dB。     

纳米孔隙聚合物光学薄膜透过率谱线的数值计算

用时域有限差分（Finite Difference Time Domain－FDTD）算法模拟了光从真空垂直入射到表面覆盖有一层纳米孔隙聚合物薄膜的玻璃介质,得到了在不同波长下的纳米孔隙薄膜的透过率谱线.将FDTD模拟结果的透过率谱线与理论谱线相对照,估算出了该薄膜的等效折射率.我们分别模拟了孔隙率为5%、10%、15%、20%和30%的薄膜,得到了它们的透过率谱线,而且利用这些谱线得到了它们不同的等效折射率值.文末给出了只有两层薄膜构成的纳米孔隙宽带增透薄膜的结构,而且利用FDTD算法模拟了光经过这种增透膜入射到玻璃介质的过程,结果显示这种增透膜在可见光波长范围的透过率高达99.5%.     

单层低折射率宽带增透膜

目前国内外在光学零件上,普遍采用镀单层氟化镁增透膜,对K_9玻璃其残余反射率只能降低到1.65%左右。随着光学仪器工业的不断发展,对增透膜提出愈来愈高的要求。为了进一步增加光学零件的透光性能,采用了双层、三层以及更多层的增透膜。但是随着薄膜层数的增多,带来不可避免的后果是使薄膜的吸收和散射损失增大;另外由于操作工艺复杂,致使三层以上的增透膜用于大量生产受到一定限制。现在试验的是一种用化学镀膜的方法,在     

雾霾粒子的紫外光散射特性研究

紫外光与雾霾粒子发生散射后,其散射信道特性能够反映雾霾粒子的相关物理信息,利用无线紫外光单次和多次散射信道模型,采用Mie散射和T矩阵理论分析了霾粒子在不同形态和浓度下的紫外光散射信道特性,以及散射角对散射光强的影响,并完成了紫外光在雾霾环境下的实测。通过理论及仿真分析,得到了不同霾粒子形态下的紫外光通信路径损耗以及光强分布。结果表明：紫外光直视通信方式下,路径损耗随着霾粒子浓度的增大而增大,且通信质量差于晴朗天。非直视通信方式中,在短距离通信时,高霾浓度下的路径损耗小于中低霾浓度,然而随着通信距离的继续增大,高雾霾浓度下的通信质量急剧下降,低霾浓度下通信质量最终达到最优,且距离为200 m时通信质量能优于晴朗环境。当通信距离相同时,三种雾霾浓度下的紫外光散射光强分布均随着散射角的增大而减小,当散射角继续增大并超过90°时,低霾浓度下的散射光强最大。主要原因是虽然散射角继续增大,但是有效散射体体积逐渐减小,因此低霾浓度下的散射光强较大。且当粒子粒径相同时,球形粒子的衰减较非球形粒子大。雾霾环境下实测结果与仿真结果相类似,证明了仿真结果的正确性,并在一定程度上证明了实际大气中雾霾非球形粒子多于球形粒子。     

纳米孔隙薄膜中孔隙率与折射率关系的研究

用时域有限差分算法(FDTD)构造了纳米孔隙高分子薄膜的网格结构，并模拟了理想单色平面光波在纳米孔隙高分子薄膜中的传输过程，计算出不同孔隙率的薄膜所对应的等效折射率。模拟结果显示纳米孔隙薄膜的等效折射率与孔隙率呈线性递减的关系。还利用固体材料学中的混合材料等效介电常量理论建立了一种混合介质并联理论模型，很好地解释了纳米孔隙高分子薄膜孔隙率与等效折射率的关系而且得到了纳米孔隙高分子薄膜等效折射率与孔隙率的函数关系式。将模拟结果与混合介质并联理论模型相比较，发现该理论模型的函数曲线与时域有限差分算法模拟的结果相互吻合。     

Study of the relationship between porous ratio and effective index in nanoporous film

In this paper, a theory model called 'composite media in parallel' is proposed to explain the connection between the porous ratio and effective index of the nanoporous film. This model comes from theory of composite media's effective dielectric constant in solid material field. From this model, a function relationship between the porous ratio and effective index of the nanoporous film is obtained. And the Finite Difference Time Domain (FDTD) method is used to construct the model of nanoporous film, simulate the propagation of lightwave in the film and calculate some effective indices according to different ratios of pore. Compared with Maxwell Garnett theory model and Bruggeman theory model, it is found that the function curve based on the composite media in parallel model is most consistent with the results simulated by FDTD method.     

光波导氨敏传感器的研究

提出了一种新型的光波导氨敏传感器,将光波导中消逝波理论与纳米多孔薄膜技术相结合,在玻璃薄膜光波导上制备一层纳米TiO2多孔薄膜,并将氨敏试剂（BTB）固定在纳米TiO2多孔薄膜中,利用导波光的消逝场实时地探测敏感薄膜对导波光的吸收,实现了对氨气的探测,检测下限达到1ppm。同时对比了致密敏感薄膜和多孔敏感薄膜对氨气的响...     

纳米多孔SiO2薄膜的制备与红外光谱研究

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法,结合旋转涂胶、超临界干燥工艺在硅片上制备了纳米多孔SiO2薄膜。XRD表明薄膜为无定形态;SEM显示薄膜具有多孔网络结构,其SiO2粒子直径为10~20nm。利用FTIR研究了薄膜的结构,纳米多孔SiO2薄膜含有Si—O—Si与Si—OR结构,呈疏水性;该SiO2薄膜热处理后因含有Si—OH基团而呈吸水性;用三甲基氯硅烷对热处理SiO2薄膜进行修饰可使其呈疏水性,修饰后的薄膜在N2中温度不高于450℃可保持其疏水性与多孔结构。     

锗基底7～11.5μm高性能红外宽带减反射膜的研究

为了提高锗基底的透过率和膜层的机械强度，对锗基底上高性能的红外宽带减反射膜的设计与制备工艺进行了研究。介绍了红外宽带减反射膜的膜料选择、膜系设计以及采用 离子束辅助沉积该膜系的过程。给出了用该方法制备的7～11.5μm波段宽带减反射膜的实测光谱曲线，其峰值透过率高达99.5％以上，在设计波段范围内平均透过率大于97.5％， 膜层附着性能好，光机性能稳定。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。     

Identification of pore size in porous SiO2 thin film by positron annihilation

Positron annihilation lifetime and Doppler broadening of annihilation line techniques have been used to obtain information about the small pore structure and size of porous SiO2 thin film produced by sputtered A1-Si thin film and etched Al-Si thin film. The film is prepared by an Al/Si 75:25 at.-% (A175Si25) target with the radiofrequency (RF) power of 66 W at room temperature. A 5 wt.-% phosphoric acid solution is used to etch the A1 cylinders. All the Al cylinders dissolved in the solution after 15 h at room temperature, and the sample is subsequently rinsed in pure water. In this way, the porous SiO2 on the Si substrate is produced. From our results, the values of all lifetime components in the spectra of Al-Si thin film are less than 1 ns, but the value of one of the lifetime components in the spectra of porous SiO2 thin film is T = 7.80 ns. With these values of lifetime, RTE (Rectangular Pore Extension) model has been used to analyze the pore size.     

Design and fabrication of ultra broadband infrared antireflection hard coatings on ZnSe in the range from 2 to 16 μm

In conventional infrared multilayer antireflection coatings (MLAR) materials of fluoride and chalcogenide types are used, which are disadvantaged due to their low mechanical strength and poor stability against humidity and environmental impacts. In this paper, we show that high performance ultra broadband and hard infrared multilayer antireflection coatings on ZnSe substrates in the wavelength range from 2 to 16 μm can be designed and fabricated. Diamond-like carbon (DLC) hard coating as a mechanical and environmental protection layer was proposed and deposited onto MLAR surfaces (MLAR + DLC) using a pulsed vacuum arc ion deposition technique. The thickness of the high optical quality DLC can be optimized in the design simulation to achieve a practically best antireflection and surface protection performance. We show that a germanium thin film (15 nm) between the MLAR and DLC surfaces can be used as a transition layer for optical and material match. The average transmission of the fabricated MLAR+DLC surfaces was 93.1% in the wavelength range between 2 and 16 μm. The peak transmission was about 97.6%, close to the simulated values. The durability and stability against mechanical impacts and environmental tests was improved significantly compared with the conventional infrared windows.     

硅衬底的SrTiO3淀积膜的湿敏特性与机理研究

对无定形多孔SrTiO₃膜电导率随相对湿度的变化进行了理论模型分析.该模型也适用于其他多孔半导体陶瓷材料.实验样品用氩离子束镀膜技术在SiO₂/Si衬底上淀积SrTiO₃膜并制成平面型电阻结构.结果表明，在室温下，当相对湿度从12%变化至53%时，电流缓慢下降；而当相对湿度从53%变化至92%时，电流又显著上升，即在高湿度条件下具有良好的湿敏特性.电流及其在高湿条件下的上升率随测试频率而增大.吸附响应时间明显长于脱附时间. 关键词：     

碳氢烧蚀层的厚度对聚乙烯醇薄膜阻气性能的影响

 以ICF实验塑料靶丸保气的需求为背景，研究了水蒸气在低压等离子体聚合碳氢（CH）膜、聚乙烯醇（PVA）膜、聚苯乙烯（PS）膜中的扩散渗透行为。根据实验数据，算出在40℃ 90%相对湿度下,水蒸气在三种样品膜中的渗透系数分别为1.906×10^-13，5.950×10^-15，.432×10 ^-14mol·m/(m²·s·Pa)，并借助多层复合膜模型的近似算法，算出在40 ℃ 90%相对湿度的外界环境下，类似多层塑料微球结构的三层复合膜中，PVA阻气层所处环境的相对湿度为53.06%，推导出PVA所处环境的相对湿度与外层CH层厚度的关系式。研究表明：CH烧蚀层越厚，PVA所处环境的相对湿度越小，保气性能越好。