TiO2/SiO2多层膜的带隙结构及光催化性能

利用传输矩阵法设计了由SiO2、TiO2组成的多层膜高透射率光子晶体结构,并分析了其透射谱特性,根据等效层原理改变多层膜一维光子晶体的自身结构来提高通带内特征波长附近的透射率,获得了最佳结构参数。研究结果表明,当晶格参数为150nm,填充比为0.346,周期数为6时,400nm波长附近吸收带处的透射率最低也可达96.5%,并且不论是TM模式还是TE模式,入射角在0°～45°范围内仍保持高的透射率,该结构可望用于空气净化装置以提高SiO2、TiO2光催化剂的光催化效率。     

中心波长121.6nm的真空紫外窄带滤光片设计和制备

采用双半波法布里-珀罗(F-P)干涉滤光片结构设计了中心波长在121.6 am的窄带滤光片,其峰值透射率为6.78%,通带半宽度为10.7 nm.通过设计、制备和测量峰值波长在217 nm的滤光片验证了设计用到的光学常数和膜厚定标都比较精确.在此基础上制备了121.6 nm的窄带滤光片,到合肥同步辐射实验室测量的结果是中心波长在120.74 nm,峰值透射率为5.94%,通带半宽度为12 nm.可以看出实际制备的滤光片和预先设计的基本吻合但还是有一定的偏差,最后对实际测量的和理论设计的偏差进行了分析.     

DLC/Ag/DLC复合多层薄膜光学性能

采用等离子体增强化学气相沉积类金刚石(DLC)薄膜、高真空磁控溅射镀膜设备溅射Ag靶的方法制备了不同厚度Ag、DLC层的DLC/Ag/DLC多层膜,分别用紫外可见分光光度计、四探针测试仪对样品的光学性能、电学性能进行了测试.结果表明,随着Ag层厚度的增加,DLC/Ag/DLC多层膜透射率先增后减,外层DLC薄膜和内层DLC薄膜对透射率影响基本一致,随着厚度增加透射率先增后减,在内外层厚度为40 nm,Ag夹层厚度为16 nm时,DLC(30 nm)/Ag(16 nm)/DLC(40 nm)膜在550 nm处的透射率高达94.4%,电气指数高达112.4 ×10-3Ω-1,远远超过现有透明导电膜的电气指数(FTC≈20×10-3Ω-1).     

光学薄膜特性的锥角效应数值分析

建立非平行光入射多层膜的模型,给出了在圆形光束锥角入射时的薄膜特性表达式,对三类典型光学薄膜即多腔滤光片、非偏振分光薄膜和非偏振截止滤光薄膜的特性进行了数值实验。研究结果表明:随着光束入射锥角的增加,多腔滤光片的影响是中心波长向短波方向移动,透射率下降和通带形状退化;非偏振分光薄膜的s和p偏振透射率增加,宽带波纹度增加;非偏振截止滤光薄膜的通带透射率出现周期振荡,s偏振的通带波纹度大于p偏振,通带波纹度总体具有增加的趋势,过渡区的陡度具有变大的趋势。     

矩形波宽带通滤光膜研究

对矩形波宽带通滤光片进行了深入研究,提出了一种设计、制备矩形波宽带通滤光片的方法。使用该方法设计并制备了400 nm～1 100 nm波段,中心波长λ₀=515 nm,透射带λ=λ₀±25 nm,透射带平均透射率■≥92%,截止带λ=400 nm～475 nm、λ=555 nm～1 100 nm,截止带透射率小于0.1%的矩形波宽带通OD3-A滤光片。对样片光谱进行了测试,结果满足需求。该方法设计、制备矩形波宽带通滤光片克服了F-P型窄带滤光膜监控精度要求高、通带宽带窄、成本高以及传统长、短波截止膜组合方式膜层总厚度过大、通带透过率低、波形矩形度差的缺点。     

TiN_x/Ag/TiN_x复合膜的光学性能

用磁控溅法在载波片上制备了TiNx/Ag/TiNx复合膜。采用X射线衍射、X射线光电子能谱(XPS)研究了复合膜的晶体结构和TiNx薄膜的化学成分;用紫外-可见分光光度计分析了氮气流量、各层膜膜厚对复合膜可见光透射率的影响。研究表明,TiNx薄膜为非晶态,Ag膜为晶态;TiNx薄膜提高了复合膜的远红外反射率,且其表面存在大量Ti-O键;复合膜的可见光透射率随着氮气流量的增加而变大,随着Ag膜厚度的增加先增后减。当氮气流量为55cm3/s,膜层构造为TiNx(16nm)/Ag(16nm)/TiNx(32nm)时,复合膜在550nm处的可见光透射率达到85%,远红外反射率达到92%,辐射率为0.0925,具有优异的低辐射玻璃光学性能。     

界面和择优取向对TiN/ZrN纳米多层膜硬度变化的影响

利用射频反应磁控溅射方法，制备了调制比约为4，调制周期不同的一系列TiN/ZrN纳米多层膜. 利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪(Nanoindentation)对多层膜的调制结构、界面状态和力学性能进行了表征. 研究结果表明TiN/ZrN多层膜具有很好的调制结构，但是在TiN层和ZrN层之间存在一定厚度的界面混合层. 力学性能分析表明：当调制周期小于15 nm时，TiN/ZrN多层膜的硬度介于单一TiN和ZrN薄膜的硬度之间；当调制周期为15.24 nm时，硬度达到最大，但随着调制周期增加，多层膜的硬度基本上保持为常数. 分析了TiN/ZrN多层膜硬度变化的机制，认为界面厚度和择优取向是导致硬度变化的主要原因. 关键词： TiN/ZrN多层膜 界面宽度 择优取向 硬度变化     

Al(OH)3溶胶浓度对TC4钛合金微弧氧化膜特性的影响

利用自制多功能微弧氧化(MAO)电源,在保持电学参数和处理时间不变的条件下对TC4钛合金表面进行了MAO处理,研究了Al(OH)₃溶胶浓度对钛合金MAO膜的生长特性、微观结构、相结构和电致变色特性的影响.结果表明:随着Al(OH)₃溶胶浓度(体积分数)C的增加,膜层的生长速率由慢到快逐渐增加,膜表面微孔尺寸和粗糙度逐渐增大,而微孔密度逐渐减小;当C≤10%时,膜层由锐钛矿相TiO₂组成,而当C>10%时,膜层中开始出现金红石相TiO₂并随着C的增加其相对含量逐渐增大,并在C=40%时,膜层全部由金红石相TiO₂组成;在pH＝2.0的HCl溶液中的循环伏安测试结果表明,C≤20%制备试样的膜层颜色变化不明显,随着C的进一步增加,制备试样的膜层颜色变化逐渐明显,并在C=40%时,其着色呈蓝色且色泽均匀;该试样在循环伏安测试过程中还表现出了良好的稳定性和可逆性. 关键词： 微弧氧化 氧化膜 微观结构 电致变色     

AlN/BN纳米结构多层膜微结构及力学性能

用射频磁控溅射法制备了AlN,BN单层膜及AlN/BN纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜结构进行表征.分析表明：单层膜AlN为w-AlN结构,BN为非晶相.AlN/BN多层膜中BN的结构与BN层厚有关.当BN层厚小于0.55nm时,由于AlN层模板的作用,BN发生了外延生长,BN与AlN的结构相同;当BN层厚大于0.74nm时,BN为非晶.AlN/BN多层膜的硬度也与BN层的厚度有关.当BN层厚为1—2个分子层时,AlN/BN多层膜具有超硬效应;当BN层厚增加到0.74 关键词： AlN/BN多层膜 BN结构 超硬效应     

Al和MgF2多层滤光膜光谱及其环境稳定性

 采用真空热蒸发和电子束蒸发方法,制备了Al和MgF₂ 多层滤光膜,并在100,150,200, 300 ℃的真空环境中进行了热处理,考察了真空热处理温度对多层滤光膜光谱、形貌和环境稳定特性的影响。结果表明,经过真空热处理后,滤光膜表面粗糙度降低,峰值透射率升高,半宽度增大。随着在实验室干燥环境中放置时间的增加,未热处理以及300 ℃热处理样品的透射率峰位向长波方向有较大的移动,峰值透射率降低,可见光抑制特性减弱。而150, 200 ℃热处理样品的透射率峰位移动很小,峰值透射率及可见光抑制特性基本保持不变,具有很好的环境稳定性。     

NiFe/Mo多层膜界面的电子显微学研究

用高分辨电子显微学方法研究了Ni₈₀Fe₂₀/Mo磁性多层膜，结果表明：(1)多层膜的结晶状态，随Mo非磁性层厚度而变化.当Mo层厚度为0.7nm时，多层膜基本为非晶；当Mo层厚度大于1.6nm时，Mo层和NiFe层内分别结晶为体心立方和面心立方多晶，层内晶粒尺寸为2—6nm.(2)在Mo层厚度为1.6和2.1nm的多层膜中，NiFe层和Mo层之间存在两种取向关系：(110)_Mo∥(111)_NiFe,［111］_关键词：     

近红外宽截止窄带滤光膜的研制

在空间光通信系统中,为满足光学系统对滤光膜的特殊要求,研制出了一种近红外宽截止窄带滤光膜,实现了降低深背景范围内杂散光干扰的要求.通过对薄膜材料特性的研究、膜系设计曲线的不断优化,得到了相对易于制备的窄带滤光膜结构;采用电子束加热蒸发及离子辅助沉积技术制备薄膜,采用光控加晶控同时监控的方法监控膜层厚度,通过不断优化工艺参量,提高中心波长处的透过率,最终成功得到了光谱性能较好的滤光膜.经光谱测试表明:所镀膜层在800~1 530nm、1 600~1 800nm波段平均透过率低于0.3%,1 565nm单点透过率高于92%,通带半带宽为18nm,满足光学系统的使用要求.     

固体介质间隔层激光标准具性能的影响因素研究

针对固体介质间隔层的镀膜标准具, 以1 064 nm激光镀膜标准具为例, 首先研究了反射膜堆数对反射带宽、基底厚度以及对自由光谱区的影响:标准具的带宽随着膜层堆数增加而减小, 自由光谱区随着基板厚度的增加而减小;其次研究了基底误差对标准具中心波长定位和透过率的影响, 通过定量数值计算证明了基底误差可通过标准具的使用角度补偿;针对典型的H(LH)^m/Substrate/(HL)^mH和L(LH)^m/Substrate/(HL)^mL两个膜系结构, 研究了入射激光发散角对标准具中心波长偏移、通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率的影响。随着激光发散角的增加, 中心波长向短波方向移动, 通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率呈现下降的趋势, 并且第二个膜系结构的标准具性能优于第一个膜系结构的标准具。     

反应溅射VN/SiO2纳米多层膜的微结构与力学性能

采用 V 和 SiO2 靶通过反应溅射方法制备了一系列具有不同 SiO2 和 VN 调制层厚的 VN/SiO2 纳米多层膜.利用X射线衍射、X射线能量色散谱、高分辨电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.结果表明:在Ar,N2混和气体中,射频反应溅射的SiO2薄膜不会渗氮.单层膜时以非晶态存在的SiO2,当其厚度小于1 nm时,在多层膜中因VN晶体层的模板效应被强制晶化,并与VN层形成共格外延生长.相应地,多层膜的硬度得到明显提高,最高硬度达34 GPa.随SiO2层厚度的进一步增加,SiO2层逐渐转变为非晶态,破坏了与VN层的共格外延生长结构,多层膜硬度也随之降低.VN调制层的改变对多层膜的生长结构和力学性能也有影响,但并不明显.     

光学薄膜的宽带膜厚监控装置

装置是由配有微机的快速扫描分光光度计组成,在镀膜时不断测量膜层的光谱透射率曲线以监控膜厚,并作了监控三层膜的试验。 装置的性能:测量波长宽度333nm;波长点数:50点;透射率精度:±1％;光谱透射率扫描速度:12c/s。     

PVP掺杂-ZrO2溶胶-凝胶工艺制备多层激光高反射膜的研究

以丙醇锆(ZrPr)为锆源,二乙醇胺(DEA)为络合剂,原位引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP),在乙醇体系中成功地合成了PVP掺杂-ZrO2溶胶.采用旋涂法在K9玻璃基片上制备了PVP-ZrO2单层杂化薄膜.用不同掺杂量的PVP-ZrO2高折射率膜层与相同的SiO2低折射率膜层交替沉积四分之一波堆高反射膜.借助小角X射线散射研究胶体微结构,用红外光谱、原子力显微镜、紫外/可见/近红外透射光谱、椭圆偏振仪以及1064nm的强激光辐照实验对薄膜的结构、光学和抗激光损伤性能进行表征.研究发现,体系组成的适当配置可以在溶胶稳定的前提下实现ZrPr的充分水解,赋予薄膜良好的结构、光学和抗激光损伤性能.杂化体系中,DEA与ZrPr之间强的配合作用大大降低了ZrO2颗粒表面羟基的活性,使得PVP大分子只是以微弱的氢键与颗粒的表面羟基作用而均匀分散于ZrO2颗粒的周围,对颗粒的形成和生长无显著影响.因而在实验研究范围内,随PVP含量的增大,PVP-ZrO2杂化膜层的折射率和激光损伤阈值均无显著变化.但是,薄膜中均匀分布的PVP柔性链可以有效促进膜层应力松弛,显著削弱不同膜层之间的应力不匹配程度、大大方便多层光学薄膜的制备.当高折射率膜层中PVP的质量分数达到15%-20%时,膜层之间良好的应力匹配使得多层高反射膜的沉积周期数可达到10以上.沉积1O个周期的多层反射膜,在中心波长1064nm处透射率约为1.6%-2.1%,接近全反射特征,其激光损伤阈值为16.4-18.2J/cm2(脉冲宽度为1ns).     

脉宽压缩光栅用的多层膜设计和性能分析

应用于啁啾脉冲放大技术中的脉宽压缩光栅是基于多层膜作为基底,利用全息干涉技术和离子束技术刻蚀而成。脉宽压缩光栅的衍射效率和抗激光损伤阈值一方面依赖于光栅结构的设计,另一方面很大程度上取决于作为基底的多层膜的设计。给出了以413.1nm作为写入波长,1053nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计,样品在ZZS-800F型真空镀膜机上采用电子束蒸发方式沉积而成,并给出了膜系结构对光学性能影响因素的详细分析,结果表明膜系H3L(H2L)9H0.5L2.03H满足光栅膜的指标。给出了样品光学特性测试,其使用波长处的透射率<0.5%,写入波长处的透射率>90%,测试表明样品满足设计要求且实验结果和理论设计符合得很好。     

Cu膜的光学特性尺寸效应及最小连续膜厚研究

采用离子束溅射在K9玻璃基底上沉积了不同厚度的Cu膜,利用Lambda-900分光光度计,测量了波长为310 nm到1300 nm范围内Cu膜的反射率和透射率.选定波长为310、350、400、430、550、632、800、1200 nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行研究.同时,对Cu膜的光学常量也进行了讨论.结果显示,Cu膜的光学特性都有明显的尺寸效应.将波长为550 nm时的反射率和透射率随Cu膜厚度变化关系的交点对应厚度作为特征厚度, 该厚度可认为是金属Cu膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚.根据这一特征判据,离子束溅射沉积Cu膜样品的最小连续膜厚为33 nm.利用原子力显微镜观测了膜厚在特征厚度附近时Cu膜的表面形貌.     

13.9nm软X射线激光用大面积多层膜分束镜研制

 基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜，用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm，厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作。用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级，同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%。     

采用椭偏法结合分光光度法研究极薄银的光学常数

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用,其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下,采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜,用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度,研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜,结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同,当膜厚小于14.1 nm时,折射率n在380 nm~600 nm随波长增加而增加,在600 nm~1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6;消光系数k在380 nm~500 nm随着波长增加而增加,在500 nm~1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变;当膜厚大于14.1 nm时,折射率随波长增加而增加,消光系数随波长近似呈线性增加。整体上,膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率,k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率,发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。