光学薄膜膜厚自动控制系统的研究

介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明：利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.     

光控-晶控相结合的膜厚监控法对滤光片膜厚的研究

针对光电极值法和石英晶振法各自的弊端,结合两种方法提出了光控-晶控膜厚监控法.在相同工艺条件下,分别使用这三种方法监控905nm窄带滤光片(规整膜系)和830nm截止滤光片(非规整膜系)的膜厚,对制备的滤光片的透射率光谱曲线进行比较.结果表明,光控-晶控膜厚监控法除了各项指标都符合要求外,在曲线通带处获得的平均透过率值比光电极值法和石英晶振法获得的平均透过率值提高了3%~6%,且与理论光谱基本吻合,光谱特性最好.该方法不仅对规整和非规整膜系都能进行监控,且能有效降低膜厚误差,提高光谱特性.     

一种监控膜厚的新算法

光学薄膜的光学特性与其每一膜层的厚度密切相关,为了制备出符合要求的光学薄膜产品,在制备过程中必须监控膜厚。光学薄膜实时监控精度决定了所镀制的光学薄膜的厚度精度。针对光电极值法极值点附近监控精度低、无法精确监控非规整膜系的缺陷,提出了新的光学薄膜膜厚监控算法。该算法通过数学运算,使得光学薄膜的光学厚度与透射率呈线性关系,并且有效地消除光源波动、传输噪声等共模干扰的影响,算法精度可控制在2%以内。     

规整膜系层厚允许误差的研究

提出了一种通过计算机模拟薄膜的淀积过程来计算规整膜系层厚允许误差的方法,所计算的层厚允许误差不仅取决于膜系的设计结构,还与薄膜的淀积工艺、镀膜设备的监控精度有关.实验结果表明:采用这种方法所计算出的层厚允许误差对于薄膜的实际镀制具有指导意义.     

石英晶体振荡法监控膜厚研究

给出了石英晶体振荡法监控膜厚的基本原理,在相同的工艺条件下分别用光电极值法和石英晶体振荡法监控膜厚,对制备的增透膜的反射光谱曲线进行了比较,并对石英晶体振荡法的监控结果做了误差分析.结果表明:石英晶体振荡法不仅膜厚监控精度高,而且能监控沉积速率,获得稳定的膜层折射率,从而有效地控制薄膜的光学性能.     

多层介质光学膜系的计算机模拟误差分析

用计算机数值计算方法模拟多层介质光学膜系的实际镀膜工艺过程，分析膜厚误差对λ0／4高反射膜系透射率和反射率的影响，讨论在一定技射率要求条件下不同层数膜系的允许厚度误差。发现当膜层偏离λ膜厚时，光学厚度控制工艺能通过自动调整其后膜层的厚度有效地降低厚误差对膜系透射率和反射率的影响。对于镀制高反射率膜而言，膜厚允许误差仍可有较大的范围。     

平面型三级行星夹具膜厚均匀性仿真研究

建立了平面型三级行星夹具膜厚均匀性数学模型,根据该模型编写计算机仿真程序,研究了1.8 m大口径镀膜机使用平面型三级行星夹具的膜厚均匀性问题。以光驰OTFC-1800-DCI型镀膜机为仿真对象,分析了蒸发源特性、行星夹具倾角和行星轨半径对膜厚均匀性的影响。仿真计算结果表明：行星夹具倾角是影响平面型三级行星夹具膜厚均匀性的主要因素,当行星夹具倾角α=64°时,膜厚分布最为均匀,不均匀性为0.1%。行星轨半径对膜厚均匀性也存在影响,当行星轨半径在665 mm时,膜厚分布最为均匀,膜厚不均匀性控制在1%以内。平面型三级行星夹具膜厚分布理论模型对实际镀膜工作有一定的指导意义。     

热蒸发制备大口径铝膜的膜厚均匀性分析

研究了1.1m大口径镀膜机热蒸发制备金属铝膜的膜厚均匀性问题,针对旋转平面夹具分析了夹具高度H以及蒸发源与真空室中心轴距离L对铝膜膜厚均匀性的影响.当L=400mm,H/L=1.10时,膜厚均匀性最好,不均匀性为9.614％,不均匀性随H/L的值增大而增大.当H=500 mm,H/L=1.47时,膜厚均匀性最好,不均匀...     

膜厚监控系统的光谱宽度对窄带滤光片性能的影响

讨论了膜厚监控系统的光谱宽度对波分复用窄带滤光片特性的影响,分析了监控过程中所出现的信号异常现象,其主要原因是控制光光谱宽度以及控制波长与滤光片中心波长不一致,所以控制光光谱分辨率必须小于单个法布里-珀罗滤光片最后2层膜折转点波长宽度的一半,即对100GHz的滤光片,监控系统的光谱宽度必须小于0．2nm。一旦产生中心波长偏离,就必定产生厚度控制误差。讨论了高折射率膜和低折射率膜的信号变化规律,发现当中心波长比监控波长长时,虽然信号变化规律正确,但判读到极值时的膜厚变薄。中心波长偏离越长,厚度将越薄。而当中心波长比监控波长短时,信号将出现反转。中心波长越短,反转量越大。最后指出了监控误差对滤光片Tmax和半峰全宽的影响。     

光束定向器中膜厚不均匀性对远场性能的影响

讨论DF(氟化氘)强激光系统光束定向器中的光学薄膜，用偏振光线追迹分析定向器出瞳主激光、信标光偏振态变化，计算膜厚不均匀性对远场性能的影响．     

Direct Monitoring of Thickness and Refractive Index of Optical Thin Film Deposited on Fiber End-face

We propose a system for depositing thin films on waveguides which enables low-temperature deposition and precise control of the refractive index and film thickness. It is composed of a conventional ion-beam sputtering (IBS) system and a new system for directly monitoring film characteristics during deposition. We controlled refractive indices over a wide range from 1.52 to 1.97 by moving the sputtering targets (SiO₂ and Si₃N₄) in the IBS system. The refractive index or film thickness was in-situ monitored by observing the optical power reflected from the end-face of a monitoring fiber set in the deposition chamber. Antireflection coating films were successfully deposited on a fiber end-face and a laser diode chip facet with low reflectivity from 0.05 to 0.07%. This deposition system is attractive for constructing highly functional optical devices for future photonic networks.     

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

 为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO₂和SiO₂作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°~30°入射角度下,600~1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。     

厚度对未掺杂ZnO薄膜光谱性能的影响

X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱技术是薄膜材料检测的重要技术手段。通过对薄膜材料光谱性能的分析,可以获得薄膜材料的物相、晶体结构和透光性能等信息。为了解厚度对未掺杂ZnO薄膜的X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱性能的影响,利用溶胶-凝胶法在石英衬底上旋涂制备了不同厚度的未掺杂ZnO薄膜样品,并对薄膜样品进行了X射线衍射光谱、拉曼光谱和紫外可见透射光谱的检测。首先,通过X射线衍射光谱检测发现,薄膜样品呈现出（002）晶面的衍射峰,ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,均沿着C轴择优取向生长,且随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,ZnO薄膜的晶粒尺寸随着膜厚的增加而长大。利用扫描电子显微镜对薄膜样品的表面形貌分析显示,薄膜表面致密均匀,具有纳米晶体的结构,其晶粒具有明显的六角形状。通过拉曼光谱检测发现,薄膜样品均出现了437 cm-1的拉曼峰,这是ZnO纤锌矿结构的特征峰,且随着薄膜厚度的增加,其特征拉曼峰强度也增加,进一步说明了随着ZnO薄膜厚度的增加,ZnO薄膜晶化得到了加强。最后,通过紫外可见透射光谱测试发现,随着膜厚的增加,薄膜的吸收边发生一定红移,薄膜样品在可见光区域内的透过率随着膜厚度增加而略有降低,但平均透过率都超过90%。通过对薄膜样品的紫外-可见透射光谱进一步分析,估算了薄膜样品的折射率,定量计算了薄膜样品的光学禁带宽度,计算结果表明：厚度的改变对薄膜样品的折射率影响不大,但其禁带宽度随着薄膜厚度的增加而变窄,且均大于未掺杂ZnO禁带宽度的理论值3.37 eV。进一步分析表明,ZnO薄膜厚度的变化与ZnO晶粒尺寸的变化呈正相关,本质上,吸收边或光学禁带宽度的变化是由于ZnO晶粒尺寸变化引起的。     

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。     

光纤激光器光学膜设计与制备

针对激光在传输过程中的光能损失,本文根据光学薄膜理论,设计制备了减反射膜和抗激光的高反射膜,并对激光膜的镀膜材料、膜系设计、沉积工艺及离子辅助沉积等参数进行了深入研究.研究结果表明,制备的减反膜的反射率＜O.2%,激光以25°～65°入射时高反射膜的反射率＞99.7%.对50μm光纤和K9玻璃镀膜前后的输出功率测试显示...     

Determination of Thickness and Optical Constants of ZnO Thin Films Prepared by Filtered Cathode Vacuum Arc Deposition

ZnO thin films are prepared on glass substrates by filtered cathode vacuum arc （FCVA） deposition technique. A new method is demonstrated to extract the refractive index, thickness and optical band gap of ZnO thin films from the transmission spectrum alone. The refractive index is calculated from the extremes of the interference fingers. The transmission spectrum is divided into two terms, non-interference term and interference effect term. The thickness of thin films is calculated by simulating the interference term, and the non-interference term is used to calculate optical band gap with the gained thickness. The results are compared with measurements by using an ellipsometry and a scanning electron microscope.     

膜料吸收系数对光学膜厚宽带监控的影响

光学镀膜宽带监控的判停依靠测量曲线和理论曲线的吻合程度来进行,这要求对理论曲线进行符合薄膜镀制实际的修正。在介绍光学镀膜宽带监控技术的原理及现状的基础上,针对由于材料的吸收而产生的测量曲线和理论曲线的严重背离,提出了一种逐层修正的方法。试验结果表明,其效果良好,完全可以满足实际镀膜的需要。     

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。