近红外激光薄膜滤光片的研制

以双抛Si片为基底,采用离子束辅助热蒸发沉积技术研制了1.2～3μm波段激光薄膜滤光片.采用长波通滤光片与减反射膜相结合的薄膜样品设计方法,高、低折射率材料分别选用ZnS和MgF2,综合考虑光谱特性和电场强度分布,使用TFCale膜系软件设计出1.064μm高反、1.2～3μm波段增透的长波通滤光片.长波通膜系膜系结构为G|4H2L1.5H2L2H1.5L2H4L|A,减反射膜膜系结构为G|3.5H3.5L|A.最终实现1.2～3μm波段峰值透过率达98.48%,平均透过率为92.35%,1.064μm处透过率为5.09%的光谱特性.对薄膜样品分别采用离子束处理和退火处理,发现适当的工艺参数,有助于提高薄膜激光损伤阈值,当退火温度为250℃时,其激光损伤阈值可达6.3J/cm~2.本文研究可为近红外薄膜滤光片设计和制备提供参考.     

BCxN薄膜的紫外透过光谱研究

利用射频磁控溅射方法以不同的溅射功率(80～130 W)制备出具备紫外增透性能的BCN,BC2N和BC3N薄膜.傅里叶红外吸收光谱和X射线光电子能谱测量发现样品的组成原子之间均实现了原子级化合.溅射功率对薄膜的组分和紫外增透性能有很大影响,其通过改变薄膜组分而影响紫外增透性能,且碳原子数小的样品紫外增透性能好.以110 W条件下制备的BCN薄膜中碳原子数最小,它的紫外增透性能最好,在200～350 nm波段附近平均透过率比玻璃提高了将近40%.     

紫外波段高透过率铜铟掺杂SnO2薄膜的研究

采用反应蒸发的方法,在玻璃、Corning7059玻璃及石英玻璃衬底上制备了SnO₂:(Cu,In)透明导电薄膜,对薄膜的各种元素的含量做了分析, 给出了各种元素在膜中的分布情况;测量了薄膜的透过率,结果显示个别样品对紫外线有较高透过率,退火过程对透过率有影响.测量了电阻率与温度的关系,同时解释了样品的阻-温特性.对材料的光学带隙与吸收系数的关系做了讨论,给出了用透过率曲线确定光学带隙的简易方法.讨论了扩展态迁移率与迁移率边和费米能级之间的关系.结果显示,用铜、铟掺杂的氧化锡透明导电 关键词： 金属氧化物薄膜 电阻率 光电特性     

卫星激光防护薄膜窗口的设计与制备技术研究

当前反卫星激光武器发展迅猛,迫切需要研究和发展卫星的激光防护技术,以增强卫星在空间的生存与防护能力。本文采用可见光-近红外透明和中波吸收的玻璃基底与线性激光防护薄膜相结合的设计方法,在玻璃基板一面设计分光膜,实现1. 315μm波长的反射和0. 5～0. 8μm、1. 55μm波段的增透,在玻璃基板另一面设计双波段减反射膜,实现0. 5～0. 8μm和1. 55μm波段的增透。采用离子束溅射沉积技术,实现了激光防护窗口薄膜的制备,在0. 5～0. 8μm的平均透过率大于96%,1. 55μm的透过率大于98%,1. 315μm的透过率小于0. 1%,在2. 7μm的透过率为30%,在3. 8μm的透过率为1. 1%。实验结果表明,该方法实现了可见光-近红外-中红外波段激光防护窗口的制备,对于卫星平台防护激光武器具有重要作用。     

用低压反应离子镀的方法制备Ge_(1-x)C_x单层非均匀增透膜的研究

用低压反应离子镀(RLVIP)的方法在Ge基底上制备了Ge1-xCx单层非均匀增透薄膜。随着沉积速率在0.05~0.4nm/s之间的变化,其折射率在2.31~3.42之间可变。实验结果表明,镀制的Ge1-xCx单层非均匀增透保护薄膜均为无定形结构,并实现了从2000~8000nm的宽波段增透。当沉积速率为0.1nm/s时,单面平均透过率从68.6%提高到了80.9%,比单面未镀膜时提高了17.9%。通过对薄膜的稳定性和牢固度进行测试表明,制备的Ge1-xCx单层非均匀增透薄膜具有良好的性能。     

制备工艺条件对SiO2薄膜非均质特性的影响

薄膜材料的生长过程随镀膜机尺寸的增大而呈现新的规律,为制备膜层均匀性好、材料均质的大尺寸光学元件,分别在不同离子源能量、沉积压强、基板加热温度及基板转速条件下,采用离子辅助电子束蒸发方法制备了不同单层SiO2薄膜样品;利用分光光度计及椭偏仪分别对样品的透过率及椭偏参数进行测量,并对测量结果进行拟合得到不同样品的折射率及非均质特性。实验结果表明,工件架转速是使大尺寸SiO2薄膜材料产生非均质特性的主要影响因素,离子源能量、基板温度、沉积压强通过影响材料生长过程对材料的非均质特性产生调控;对于大尺寸薄膜光学元件,工件架转速存在限制的条件下,优化其他工艺参数可以获得均质SiO2薄膜材料,该结果对于制备具有优良性能的大尺寸薄膜光学元件具有借鉴意义。     

Sn1-x(In1-yCuy)xO薄膜的合成

利用真空反应蒸发技术,在氧分压约为8.5×10-2Pa、衬底温度为400℃条件下蒸发高纯度的铟、锡和铜,在玻璃衬底上制备出Sn1-x(In1-yCuy)xO薄膜.研究了蒸发源材料质量比不同的样品的薄膜结构、透过率、薄膜的方块电阻和电阻率与温度的关系.实验结果表明,Sn1-x(In1-yCuy)xO透明导电薄膜具有优良的光电特性,而且制备出的Sn1-x(In1-yCuy)xO薄膜中In的含量大大减少,可以成为ITO薄膜的潜在替代材料.     

碳化硼薄膜的激光法制备及性能

采用KrF准分子激光器,在Si,Ge光学衬底上制备了碳化硼薄膜,研究了不同激光能量、靶材与衬底距离、衬底负偏压等条件对薄膜性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和纳米压痕仪,并依据光学薄膜测试的通用标准,对样品的光学透过率、纳米硬度及膜层与衬底的结合性能进行了测试。结果表明:Si,Ge衬底单面镀碳化硼薄膜后最高透过率提高10%以上,纳米硬度提高到未镀膜的3倍以上,且膜层与衬底有较好的结合性能,表明制备的碳化硼薄膜可对光学材料起到较好的增透保护作用。     

双波段截止分色滤光片研究

为实现45°入射情况下K9基底上双波段截止分色的特性(截止带波长0.5~0.68μm、0.73~0.79μm,通带波长0.83~0.87μm),采用F-P型的带通滤光片膜系结构为初始结构,与常规设计理念相比有效减少了膜层的数量,薄膜的高折材料采用Ti O2,低折材料采用Si O2,以实现双波段截止的目的。膜层的设计层数为23层,总厚度为2.278μm,借助电子束蒸发物理气相沉积法实现了镀制,利用分光光度计对镀制样品的透过率进行评估。测试结果显示,截止区(0.5~0.68μm和0.73~0.79μm)平均截止深度分别达到了12.57%和20.39%,通带0.83~0.87μm波段内的平均透过率达到了91.35%,样品测试曲线与设计相比,"蓝移"将近10 nm。薄膜样品基本实现了设计目标,具有双波段截止、高通带透过率的特性。在环境测试中:薄膜表现出显著的稳定性,膜层间匹配度适宜。该双波段截止分色滤光片能够应用在一些极端的情况下。     

高透过率红外窗口保护薄膜的研制

在Si、Ge红外窗口上利用离子辅助电子束蒸发技术和RF-PECVD技术制备了具有高透过率的AR／DLC保护薄膜,并与单层DLC保护薄膜的光学性能进行了对比。所制备的高透过率保护薄膜达到如下性能：在3～5μm波段,Si基底上一面镀高效红外增透膜一面镀AR／DLC增强型保护薄膜的平均透过率达到约96％,较之镀DLC膜平均透过率提高了约4％。在8～12μm波段,Ge基底上一面镀高效红外增透膜一面镀AR／DLC增强型保护薄膜的平均透过率达到约95％,较之镀DLC膜平均透过率提高了约5％。有关薄膜样品都通过了相应的环境试验。     

硫化锌透镜中长波红外宽带增透膜的研制

硫化锌(ZnS)透镜由于其透光区域较宽,便于光学系统的装校而被经常应用于红外光学系统中,但是其作为基底,镀制中长波红外增透膜却具有相当大的难度,尤其是牢固度的问题。根据任务要求研制的增透膜是在3．5～3．9μm的中波红外波段及9～12μm的长波红外波段,平均透射率大于90％。由于长波红外区可选用的宽透射区材料较少,所以兼顾材料的选用、光谱特性及可靠性满足使用要求等几方面考虑,最终采用氟化钇(YF3)作为低折射率材料,经过多次实验,采用混蒸、离子辅助等工艺方法以及选取合适的基底温度,通过对其他工艺环节的不断改进,解决了在ZnS透镜上镀制宽带增透膜,由YF3膜层严重的应力作用而导致膜层龟裂的问题,最终研制成功符合使用要求,并且可靠性和光谱特性皆优的中长波红外增透膜。     

基于氧化物的0.8~1.7μm和3.7~4.8μm硬质宽带红外增透膜研制

从实际应用出发,在0°入射的条件下,在ZnS基底上针对0.8~1.7 μm和3.7~4.8 μm两个红外波段,设计并制备了双波段红外增透膜。论述了材料选择、膜系设计和制备方法,最终使用等离子辅助沉积技术在ZnS窗口上制备出双波段红外增透膜,透过率及环境测试结果表明：在0.8~1.7 μm波段双面平均透过率大于95%,在3.7~4.8 μm波段双面平均透过率大于96%。膜层结合牢固并有良好的耐摩擦性能。     

激光／红外双波段减反射膜研究

在硫化锌、硒化锌两种基底上开展了激光／中波红外、激光／长波红外双波段减反射膜技术研究。通过采用离子辅助沉积以及镀保护膜层等方法,对膜系结构和镀制工艺进行了优化。研制的激光／红外双波段减反射膜不仅具有良好的光学性能,而且具有较强的抗恶劣环境能力,可以满足实际使用要求。     

Controlling the infrared optical properties of rf-sputtered NiO films for applications of infrared window

In this paper, we will focus on an IR transmittance enhancement technique from the window material point of view by using metal oxides, especially nickel oxide (NiO). At first, anti-reflection (AR) coatings were modeled by using the optical properties of NiO films. The transmittance of the model was predicted using Swanepoel’s model and verified with NiO film prepared by rf magnetron sputtering. Also, post-deposition annealing was performed and was found to change the optical properties of the NiO film. Therefore, we analyzed the annealing effect on the IR optical properties of the NiO film. Furthermore, we confirmed the durability of the NiO film and verified the possibility of this material being used in infrared optics.     

Passivating TiO2 coatings for silicon solar cells by pulsed laser deposition

Pulsed laser deposition was used to deposit TiO₂ anti-reflection coatings for silicon solar cells. We deposited smooth coatings with an optimal refractive index of 2.3 for use as anti-reflection coating. The introduction of passivating qualities was achieved by deposition in different gasses. The best result was obtained with deposition in a water vapour ambient. The plasma shape and the position of the substrate in the plasma appeared important for properties such as the smoothness, the thickness distribution and the passivating quality. An increase in the measured effective lifetime of up to 137% during modulated free carrier absorption measurements was observed.     

人眼安全激光测距与红外成像滤光膜的研制

从人眼安全的角度,设计并制备了对1 064 nm激光抑制并可用于1 550 nm激光测距以及3 m～5 m波段红外成像的滤光膜。选用ZnS、YbF3作为膜料组合、多光谱ZnS作为基底,利用薄膜设计软件对薄膜进行了优化设计。膜系设计通过合理的厚度控制和膜层安排,来增强薄膜的机械强度。滤光膜的制备采用了电子束沉积技术,通过离子辅助沉积和真空退火处理技术,进一步提高滤光膜的牢固性。光谱测试表明:在1 064 nm处的透射率仅为0.5%,1 550 nm处的透过率为99.3%,3 m～5 m波段的平均透过率大于96%,经分析YbF3的折射率在薄膜沉积过程中有所提高,但是对光谱曲线影响不大;可靠性测试表明:滤光膜能够耐受恶劣的环境考验,满足使用要求。     

利用非规整膜系实现宽角度入射减偏振、减反射薄膜的研究

利用非均匀膜系理论对宽角度入射减偏振、减反射薄膜进行优化设计,分析了在宽角度入射的情况下,偏振光产生透过率不同的原因,选取了Na3AlF6、Ta2O5和Al2O3三种不同折射率材料,采用BK7作为基底,模拟设计了光谱区在500～560 nm波段、入射角为0~70°之间的多层减偏振、减反射薄膜,设计结果表明,薄膜的透过率得到大幅度提高.     

红外用CVD ZnS多晶材料的研制

论述了制备红外用CVD ZnS多晶材料的化学气相沉积工艺和热等静压处理工艺。针对CVD ZnS多晶材料具备优良的光学和力学性能,采用化学气相沉积工艺和热等静压处理技术成功研制出大尺寸多晶材料,其最大尺寸达到250mm×15mm。测试了CVD ZnS样品的各项光学、力学性能指标。样品的全波段透过率均接近ZnS材料的本征水平,折射指数均匀性优于2×10^-5,在1.06μm的吸收系数为2×10^-3cm^-1,抗弯强度达到104MPa。