大型天文望远镜主镜镀膜技术

采取主镜镜面向上真空蒸镀制备方式,开展了大型天文望远镜主镜铝加介质保护反射膜技术研究。结合ZZS3200型镀膜设备真空室几何配置,对传统膜厚分布计算物理模型进行了修正,分别分析了铝膜与介质膜层膜厚均匀性。结果表明:理论分析与实验数据一致,直径2.4 m范围内膜厚不均匀性约5.5%。通过优化工艺,成功制备出1.8 m平面镜薄膜元件,在350~1 800 nm波段范围内,膜层平均反射率88.6%,通过了环境稳定性测验。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

 研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

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...     

紫外日盲通信系统中滤光膜的研究

紫外日盲通信凭借其优良的光学特性被越来越多地应用在光学系统中。紫外日盲通信系统与常规通信系统相比,具有结构简单、虚警率低、灵敏度高、隐蔽性强等独特优势。为了满足紫外通信系统的技术要求,提高信号采集效率,需要一种日盲光谱滤光膜来保证其稳定工作。根据薄膜理论,选择合适的紫外薄膜材料,在设计方面通过对独立敏感度和误差分布的分析与修正,降低了膜层的敏感度,同时在薄膜制备过程中通过逆向测试分析法,解决了由于设备与控制误差导致的膜厚问题。制备的紫外滤光膜在240~280nm透射率为86%,290~360nm波段截止度小于0.2%,并通过了国军标的相关环境测试。     

具有大面积均匀性、高质量的大尺寸中阶梯光栅铝膜的研究

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率,而制备大面积均匀性的高质量铝膜是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素.本文首次详细报道了具有大面积均匀性、高质量的大尺寸中阶梯光栅铝膜的制备工艺.首先通过理论计算模拟了蒸镀过程中蒸发源的位置、发射特性以及夹具高度对铝膜均匀性的影响,然后研究了关键的蒸发工艺参数,例如蒸发速率、蒸发高度等对铝膜均匀性和铝膜质量的影响,最后在最佳化的蒸发工艺条件下,成功制备出满足大尺寸中阶梯光栅用的在直径700 mm范围内的均匀性小于1%、厚度大于10μm的高质量铝膜.     

紫外可见吸收光谱仪与椭偏测厚仪联用测量透明光电子薄膜的厚度

采用椭偏测厚仪测量薄膜的折射率,用来修正紫外可见吸收光谱仪极值法测量膜厚的数据.通过制备掺铝氧化锌(ZAO)薄膜及SEM断口观察进行实验验证,证实该修正方法有助于提高膜厚测量精度.联用这2种常规仪器,可以方便地获得0~20μm宽范围的透明光电子薄膜的厚度,数据采集与处理简单快捷,可满足大部分薄膜工艺研究和生产的需要.     

三级公自转行星系统中弯月透镜表面膜厚均匀性的研究

为提高弯月透镜表面的膜厚均匀性,对三级公自转行星系统中弯月透镜表面进行了膜厚均匀性的研究。构建了三级公自转行星盘的运动轨迹方程,并根据膜厚计算公式,建立了与三级盘倾角、公转半径有关的弯月透镜表面相对膜厚分布模型,采用电子束蒸发和离子束辅助沉积技术对分布模型进行了实验验证。此外,根据多次实验结果优化三级公自转行星系统结构参数,以提高弯月透镜表面的膜厚均匀性。实验结果表明,在未使用修正挡板技术的情况下,当公转半径为650 mm、倾角为60°时,可将弯月透镜凸面表面膜厚均匀性控制在±2.45%以内。     

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。     

凹球面涂布光刻胶均匀性研究

通过对离心法在凹球面上涂布光刻胶过程进行分析,阐明了离心状态下光刻胶在凹球面基底上的流动机理,结合试验提出影响凹球面涂布光刻胶膜厚均匀性的主要因素有胶液粘度、旋涂速度、旋涂时间,列举了以上因素引起的各种现象,并进行了理论分析。引用凹球面旋涂光刻胶的膜厚公式,建立了膜厚与速度关系数学模型;利用流体力学原理解释了有限圆形空间中流体速度对膜层均匀性的影响,从而解决了大曲率凹球面上制备微细图形结构的关键工艺问题,对非球面上制备微细图形具有借鉴作用。     

特定折射率材料及光学薄膜制备

根据太阳电池阵激光防护膜性能优化的需要,应用离子辅助电子束双源共蒸工艺方法制备了优化设计所需的特定折射率的薄膜材料并用于制备激光防护膜。测试结果显示:用该工艺方法制备的掺杂材料薄膜的折射率n=1.75,与优化设计所需数值相符;激光防护膜性能优良,太阳辐射能透过率提高6%以上,实现了对该激光防护膜性能的进一步优化。为了使该双源共蒸方法适于大面积薄膜的制备,应用均匀性挡板技术来提高该方法制备大面积薄膜的膜厚均匀性,使制备的掺杂材料薄膜在口径为400 mm时的不均匀性小于2.1%。该双源共蒸方法制备工艺简单、可靠,适于实际工程应用。薄膜性能测试结果与理论优化结果相符,达到预期优化目标。     

Mo/Si软X射线多层膜中厚度均匀性的精细控制

为了获得光学性质均匀的大面积软X射线多层膜,必须控制好周期结构中单层膜的厚度均匀性。为此建立了磁控溅射薄膜沉积技术中单层膜厚度均匀性的分析和控制模型,解释了基底变速转动法可用来获得膜厚均匀的多层膜,并根据理论分析获得了基底的变速路径。将其应用于基底公转速度变速法来制备均匀性可控的大面积Mo/Si软X射线多层膜。小角X射线衍射测试结果表明,采用优化后的变速路径制备的多层膜,样品不同位置的各级次衍射峰位都能很好吻合,说明多层膜的周期厚度基本一致。计算表明该方法在直径200mm范围内可将周期结构中Mo层的不均匀性从20.6%修正到1.1%,Si层的不均匀性从27.0%修正到1.6%。     

基于离子束溅射大口径光学元件平坦化层均匀性研究

针对大口径光学元件溅射沉积膜厚不均匀的问题,采用离子束溅射平坦化层来改善光学元件表面粗糙度.利用膜厚检测仪测出光学元件沉积面上的中心区域以及各边缘区域的膜厚值,计算离子束在光学元件中心与边缘驻留时间比,并通过MATLAB拟合驻留时间分布规律,根据所得的数据进行逐级修正.实验结果表明,当驻留时间比优化为-26.6%时,可以实现在直径300～600mm大口径的光学元件上均匀镀膜,以熔石英表面上镀硅膜为例,溅射沉积6h,表面膜厚为212.4±0.3nm,薄膜均匀性达到0.4%.     

大口径超薄基板双面溅射膜厚均匀性研究

可见光高透射近红外高截止滤光片采用大口径超薄尺寸的玻璃作为基板,在两面同时沉积制备而成,因此对薄膜均匀性及成膜后基板面型有着较高的要求。以Nb/Si作为薄膜靶材,采用反应溅射镀膜的方法,从靶材磁场强度分布、公-自转系统、基板夹具遮挡角度三个方面分析膜厚均匀性的差异,采用对称膜系结构,实现红外截止滤光片上下表面薄膜应力平衡。最终制备的薄膜均匀性在300 mm范围内达到0.13%,基板翘曲度为0.085 mm,满足使用需求。     

用静电自组装法制备的石墨烯薄膜特性研究

本文采用静电自组装技术制备石墨烯薄膜,以带正电的聚乙烯亚胺作为粘结剂,将带负电的氧化石墨烯自组装在粘结剂上,形成多层氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合膜,然后在肼蒸汽下还原得到石墨烯薄膜样品,并利用石墨烯薄膜的紫外吸收光谱、椭圆偏振光谱、扫描电镜图谱及拉曼光谱对其层数、厚度、形貌及还原效果进行了研究。研究表明此方法制备的石墨烯薄膜具有杂质含量少、层数与膜厚微观可控且膜厚均匀等优点。通过调节组装材料种类、浓度和组装次数可制备出结构和功能自由控制的石墨烯薄膜,且此方法与微电子工艺兼容,易于制作石墨烯晶体管,因此在石墨烯晶体管领域具有广阔的应用前景。     

121.6 nm远紫外高反射薄膜研究

远紫外波段高反射薄膜的研究具有重要应用价值。为了实现高反射率,采用高温三步蒸发法沉积MgF_2膜以保护Al膜,制备了远紫外宽带高反射薄膜,并对样品进行退火处理。结果显示,改进制备工艺和退火工艺后,紫外宽带高反射薄膜在121.6 nm处的反射率高达90%,接近理论设计值。同时分析了散射损耗的影响。采用优化的LaF_3/MgF_2膜系结构,制备了窄带反射滤光薄膜,其在中心波长122.5 nm处的峰值反射率为75%且半峰全宽为8 nm,达到了理论设计的预期效果,但退火处理损伤了薄膜表面,散射损耗增加,薄膜反射率下降。     

建筑节能薄膜的设计与制备

对介质－金属组合的建筑节能薄膜进行了理论设计，给出双导和三层膜的理论参数，用计算机模拟了大面积薄膜的膜厚均匀性分布，获得了最佳的蒸发源配置，实验上达到了满足实际使用的均匀性要求，最后给出了实际样品的光谱特性。     

激光沉积大面积均匀薄膜数学模型与实验

由于激光烧蚀靶材产生的等离子体呈高斯分布,其中所包含粒子密度及性能的空间分布极不均匀,因此脉冲激光沉积法难以制备性能与膜厚均匀的大面积薄膜。提出并构建了衬底自转与一维变速平移机构,衬底匀速自转的同时,进行一维平移,越靠近等离子体中心平移速率越大、反之越小,达到均匀镀膜的目的;在此基础上建立了机构运动参数对膜厚影响的数学模型,通过仿真模拟分析关键参数对膜厚分布的影响;通过运动参数优化指导实验,最终获得了直径为200mm、不均匀性不超过±4%的大面积类金刚石膜,与仿真优化结果吻合。     

膜厚监控误差及监控片不均匀对膜厚监控的影响

借助于VC 编程从理论上模拟分析了膜厚监控误差以及监控片不均匀性对光学膜厚监控的影响。结果表明,膜厚监控误差和监控片的不均匀性都对监控曲线有影响;随着膜层层数的增加,监控片不均匀性逐渐增大。实验制备了多层规整薄膜并对其监控曲线进行了分析,分析表明考虑到膜厚监控误差和监控片不均匀性后计算的光学监控曲线和镀膜过程实测光学监控曲线吻合较好。这说明膜厚监控误差和监控片不均匀性是引起监控曲线与理论值偏离的重要因素。介绍了如何计算考虑膜厚监控误差和监控片不均匀性后的理论监控曲线。这将对膜厚自动监控,尤其是对非规整膜系的自动监控具有重要的指导意义。     

金刚石锥阵列的无掩膜刻蚀制备及其形貌演变机制

为获得具有优良场发射性能的金刚石锥阵列,利用偏压热灯丝化学气相沉积系统分别在高质量大颗粒金刚石厚膜与纳米金刚石薄膜上进行了无掩膜刻蚀研究,系统比较了高质量大颗粒金刚石厚膜与纳米金刚石薄膜的刻蚀特性,制备了大面积均匀金刚石锥阵列和高长径比(20∶1)金刚石纳米线阵列,探讨了金刚石锥的刻蚀形成机理。     

Gd_2O_3:Eu透明厚膜的制备及其发光特性

以无机稀土氧化物为原料、2-甲氧基乙醇为溶剂、PVP为胶粘剂、PEG200为有机分散剂,采用溶胶-凝胶工艺成功制备出Gd2O3∶Eu3+透明闪烁薄膜。通过2次涂复,薄膜厚度达到了1.5μm,膜层均匀、无散射颗粒、无裂纹,可见光区的透射率约为80%。研究表明PVP在厚膜烧结过程中可以松弛膜的结构、减小应力的出现,避免厚膜开裂,同时还可以提高溶胶的粘度,在厚膜制备中起到了关键作用。此外,我们还研究了Gd2O3∶Eu3+闪烁薄膜的激发、发射和发光衰减时间谱,结果表明,该薄膜发光性能优良,可初步满足X射线成像用闪烁薄膜的要求。