超宽带减反射膜的设计和制备

设计了400～900 nm波段上的超宽带减反射膜,在410～850 nm范围内的平均残余反射率设计值约为0.2%,在设计的全波段上约为0.24%.讨论了初始膜系结构的选择原则,分析了带宽、膜层折射率差、最外层折射率和膜层总厚度等因素对宽带减反射特性的影响.对特定的带宽.增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率对获得优良的减反射特性是非常重要的.实验制备了K9玻璃上TiO2/MgF2两种材料组成的8层结构的超宽带减反射膜,实测结果表明,在带宽520 nm范围内的平均残余反射率约为0.44%,说明用二种材料设计超宽带减反射膜是成功的,对垂直入射的减反射膜.多种材料的膜系并不比两种材料更具优越性.     

ZrO2光学膜的特性改善

广泛用子光学多层膜的真空蒸发ZrO_2~-薄膜若用于多层增透膜则存在一个缺点,这个缺点是由薄膜的折射率随着厚度增加而降低的光学非均匀性产生的。为了改善ZrO_2~-膜的光学均匀性,在ZrO_2~-蒸发物中添加TiO_3~-和Y_2O_3,并研究了用电子束蒸发的淀职膜的晶体结构。添加TiO_2的淀积膜的光折射率几乎是均匀的,薄膜的结构是不定形的;添加Y_2~-O_3~-的淀积膜显示出相当低的光学不均匀性和稳定的立方晶构造。通过适当添加Ti_2~-和Y_2~-O_3得到了用于多层膜的最适宜的ZrO_2~-膜;这种膜具有好的光学均匀性及足够的和可变的折射率,增加了硬度,并具有可靠的重复性。此外,从一种蒸发料片反复蒸发的薄膜的X射线衍射和X射线荧光分析的结果,推测了ZrO_2~-淀积膜的不均匀性的原因。     

共蒸法制备非均匀膜的速率控制分析

渐变折射率薄膜,又称为非均匀膜。利用德鲁德理论分析了混合介质膜的介电常量与各个膜料的介电常量之间的关系,介绍了共蒸法制备非均匀膜的制备机理。对混合膜的沉积速率为两种膜料的沉积速率之和的情况,分别从两种膜料的单分子体积是否相等和总的沉积速率是否为常数两个方面,探讨了双源共蒸法制备的非均匀膜的折射率分布规律与膜料的沉积速率之间的关系,并给出了几种常见的折射率分布如线性变化、正弦变化、指数变化和双曲变化规律的膜料沉积速率表达式。最后以混合介质膜的总沉积速率为常数、折射率按照线性变化为例进行了说明。     

紫外多层减反射膜

一、图的简要说明图1是由O·A·Motovilov等人制作的紫外波段内双层减反射膜的光谱特性曲线图。基底为水晶,膜系为四种:(1)ZrO_2+SiO_2;(2)HfO+SiO_2;(3)、(4)Sc_2O_3+SiO_2。图2是表示中心波长为2600A、膜厚为λ/4的单层膜在2000A处的反射率矢量图。图中,实线表示折射率为1.5的基底在空气(折射率=1)中,反射率小于2%膜层的折射率范围;虚线表示折射率为1.25时的矢量。     

减反射膜

作用反光基底的三层减反射膜。紧贴基底的膜层有效光学厚度视基底的折射率不同,可以为λ/4或λ/2;中间层膜由混合的金属氧化物组成,有效光学厚度为λ/2;第三层膜的有效光学厚度为λ/4。镀中间层膜的方法是,把氧气流对着射向膜料的电子束。     

光谱探测中的超宽带减反射膜

设计并研制了基于声光晶体的1 300~3 400nm波段超宽带减反射膜.运用电子束真空沉积系统,采用双材料共蒸发技术,解决了膜系设计时所需材料的折射率匹配和相应波段膜层吸收的问题,吸收在工作波段减少到0.7%.在共蒸发过程中,先沉积蒸发速率不稳定的材料,待蒸发速率稳定后,同时沉积另一种蒸发速率较稳定的材料,可提高共蒸发时两种材料的质量配比准确度从而获得所需要的折射率.制备的薄膜在所需波段平均透射率大于96%,薄膜满足相应的环境检测要求.     

折射率随膜层厚度而变化的非均匀干涉膜层

具有折射率梯度的光学玻璃表面上的非均匀透明膜,可用于干涉镀层的消色差。关于非均匀膜的问题,有许多理论性的文献都已基本上阐述过。当基底与膜层间的界面上第一层有非均匀的折射率时,双层透光膜层上具有低剩余反射的光谱区扩大,这样,实际上要使用非均匀膜。具有高折射率的材料要求透光以及折射率有大的差别,要降低两胶合零件界面的反射时,采用具有折率梯度的镀层。现在已研究出在真空中,用蒸发法改变折射率给定形状的镀层工艺。本文介绍具有非均匀膜的玻璃表面光谱反射的计算,非均匀膜的折射率按接近玻璃     

结合傅里叶变换合成法设计均匀薄膜

基于傅里叶变换合成法的基本原理,合成了一个K9基底上的负滤光片,合成的渐变折射率薄膜具有期望光学特性,但实际制备难度很大,因此将其细分为足够多层离散折射率的均匀薄膜,由于实际薄膜材料种类有限,不能获得任意折射率膜层,鉴于两层高低折射率薄层可近似为一层中间折射率膜层的思想,将膜系转化成一个可实际制备的膜系结构:膜系采用ZrO2和SiO2两种膜料,膜层总数为183层,经单纯形调法优化后,膜层总厚度为7.09 μm,通带和截止带内平均透射比分别为97.56%和3.13%,其结果优于直接采用傅里叶方法合成的非均匀膜系,与期望透射比曲线吻合更好.说明通过这种思想设计任意光谱特性的膜系是可行的,也使傅里叶变换合成法设计的薄膜实际制备成为可能.     

一种红外双半波滤光片的设计和制造方法

针对唐晋发、郑权老师在《应用薄膜光学》一书中介绍的采用低折射率材料做间隔层，用16个λ/4层完成红外双半波滤光片的设计方法制作的薄膜易发生断裂，该文给出该膜系另一种设计计算方法，即采用高折射率材料做间隔层，用12个λ/4完成膜系设计。与前者相比，该方法节省了材料和时间。同时给出了镀制该膜系的工艺要点，并对镀膜过程中的初始真空度、蒸镀温度和2种材料的蒸发速率做了说明。指出在该工艺实施过程中，首先使用离子源对基底进行活化轰击，然后在蒸镀硫化锌和锗的过程中用离子源进行辅助蒸镀，可得到非常牢固的膜层。     

新型空间硅太阳电池纳米减反射膜系的优化设计

结合纳米材料折射率（小于1.4）和AM0太阳光谱特性,对空间硅太阳电池的减反射膜进行了设计分析.分别设计了常规材料和纳米材料的双层、三层减反射膜,得到了最佳的膜系参数,并作出了反射率变化曲线.结果发现,采用低折射率纳米材料的三层减反射膜有着更好的减反射效果,新型纳米减反射膜系与采用常规材料的减反射膜系相比,优化后的最小加权平均反射率减小了15%（双层减反射膜）和24.5%（三层减反射膜）. 关键词： 折射率 减反射膜 纳米材料 空间硅太阳电池     

稳定高温氧化物薄膜折射率的一种方法

<正> 现在,真空蒸镀高温氧化薄膜愈来愈多地引起人们的注意。但是,几乎所有高温氧化物薄膜在一定的成膜工艺条件下,都具有变折射率的特性,想得到折射率不变的均质薄膜是很困难的。为了在通常的蒸镀条件下,得到折射率较为稳定的高温氧化薄膜,我们在ZrO_2和La_2O_3膜料中掺入适量的Ta_2O_5粉末,用电子束加热混合膜料,只要充分预熔除气,就能基本上稳定折射率。实验是在DMD-450型镀膜机上进行的,用JT-75-1型椭圆仪测量了所镀薄膜的折射率和厚度。用EPS-3T型自动记录分光光度计测量了λ/4单层膜的分光曲线。下面仅就稳定ZrO_2和La_2O_3两种氧化物薄膜折射率的方法加以介绍: 1.ZrO_2薄膜在不加Ta_2O_5粉末的情况下,一般为折射率负变(折射率随膜厚的增加而减小)的膜层。我们给ZrO_2膜料里掺入Ta_2O_5     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0.4μm～1.1μm超宽带增透膜

对0.4μm~1.1μm超宽带增透膜的镀制工艺进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究,结合国产设备的实际情况,在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素;最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0.4μm~1.1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层,结构为:玻璃■H■M■H■M■H■M■H■L■空气■。制作工艺方便简单、稳定,制做的膜层具有较好的光谱和机械性能,满足光电仪器实际使用要求。     

超半球透镜减反射膜

本文简单地介绍了超半球透镜减反射膜膜厚分布的理论计算结果。通过调节蒸发源与基片间的相对位置和“散乱”淀积技术获得了与理论要求基本一致的膜厚分布。通过离子轰击、基板烘烤和热处理获得了满意的膜层牢固度。     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0．4μm-1．1μm超宽带增透膜

对0．4μm-1．1μm超宽带增透膜的镀制工范进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究，结合国产设备的实际情况，在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素；最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0．4μm-1．1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层，结构为：│玻璃│H│M│H│M│H│M│H│L│空气│。制作工艺方便简单、稳定，制做的膜层具有较好的光谱和机械性能，满足光电仪器实际使用要求。     

提高了机械牢固度的金属电介质干涉的反射镜膜层

本文介绍了在真空中用电子束蒸发法把A1、SiO_2和TiO_2淀积到不加热的基片上而得到高反射镜的一种方法,并指出此膜层镀制简便、机械牢固度好和反射率超过96％。     

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.     

薄膜折射率非均匀性的测试(Ⅱ)

本文提出了根据多个周期的Δ、ψ轨迹来判别薄膜折射率非均匀性的原则。实验结果表明CeF_3、LaF_3、NdF_3薄膜基本上是均匀的。而热基板沉淀的Zns不但具有两侧表面层,还具有折射率渐增的中心层。文中还分析了用常规椭偏法测量ZnS等薄膜时误差的分布和大小。     

光学薄膜的分层界面散射模型

提出了一种计算光学介质膜系表面总积分散射(TIS)的理论模型。该模型认为,介质膜系粗糙的膜层界面和表面为微观结构不均匀的微薄过渡区;过渡区可用折射率为不同常量的层数足够多的均匀子层来代替,同时这些均匀子层的折射率变化满足指数函数的分布规律。利用矩阵法对积分散射的表达式进行了推导。对于电子束蒸发方法在K9玻璃上沉积的ZrO2单层膜,分层界面散射模型对积分散射的理论计算值要比非相关表面散射模型的计算值更加符合总积分散射仪的实验测量结果。     

线性共蒸法制备非均匀膜的误差特性模拟分析

对双源线性共蒸法制备的非均匀薄膜折射率分布与光学特性的关系作了探讨,并与均匀介质膜的光学特性作了对比;从折射率正变和负变两个方面,讨论了混合介质膜折射率不同变化规律对光学性能带来的影响;讨论了厚度误差和折射率极值误差对非均匀膜光学性能的影响。结果发现折射率变化规律误差主要对非均匀膜的应用波段范围产生影响,而膜层厚度误差和折射率极值误差超过一定值时,将对薄膜光学特性产生重要影响。     

新型砷化镓太阳电池的宽带减反射膜设计

针对新型高效叠层砷化镓太阳电池[反向外延生长3结晶格失配太阳电池(IMM-3J)、反向外延生长4结晶格失配太阳电池(IMM-4J)],提出与其相匹配的四层宽带减反射膜的设计方案。利用电子束热蒸发的减反射膜沉积方式,在太阳电池表面制备宽带减反射膜。测量蒸镀减反射膜前后电池反射率的变化,结合外量子效率计算出宽带减反射膜对电池各结短路电流的增益效果。与原有双层减反射膜进行对比,四层宽带减反射膜具有更宽的减反射区域,适用于IMM-3J、IMM-4J电池。利用Essential Macleod软件模拟分析了宽带减反射膜制备过程中的工艺稳定性,对于膜层的设计作出了进一步的优化。