红外双波段激光滤光膜的研制

为了满足红外军用仪器的特殊要求,根据薄膜理论进行了红外双波段滤光膜的膜系设计;采用电子束真空镀膜的方法,通过对工艺参数的调整,在多光谱ZnS基底上镀制了1 064 nm高反、3～5μm高透的红外双波段滤光膜。利用低能离子轰击,使膜层与基底间的应力明显减小;使用BGS 6341薄膜应力测试仪,采用渐变梯度法,测得其压应力由122 MPa降到51 MPa。另外,通过低能离子轰击和真空退火处理,提高了膜层的抗损伤阈值。结果显示所镀膜层满足红外军用仪器的使用要求。     

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。     

双通感红外日夜两用型滤光膜的研制

选取二氧化钛与二氧化硅作为薄膜材料,借助膜系设计软件优化设计膜系。采用离子源辅助沉积的真空镀膜方法,通过调整镀膜工艺参数,减少膜厚控制误差,在石英基底上成功镀制了符合使用要求的多波段滤光膜。所镀膜层在420～640 nm与近红外920～960 nm波段的平均透射比大于95%,680～880 nm和990～1100 nm波段的平均透射比小于3%,能够承受恶劣的环境测试,完全满足红外夜视摄像机的使用要求。     

红外探测器三波段高通滤光片的研制

红外探测器在空间探测以及目标发现和跟踪技术中具有极为重要的应用,其性能的优劣直接关系到获取数据的准确性和可信性。为了提高红外信号的分析灵敏度,降低探测器的噪声,在（CVD）ZnS基底上,采用电子束及离子辅助沉积技术,研制了3 m～5 m高透、1.064 m～2.5 m波段截止的高通滤光膜。为了有效防止1.064 m波段处的激光对探测器造成的激光损伤,以保证探测器的正常工作,根据激光器的输出功率制备了对1.064 m激光波段具有1%,0.1%,0.01%数量级衰减能力的系列高通滤光膜,使红外探测器更具灵活性与智能化的特征。     

模压硫系玻璃元件红外增透膜的研制

为满足红外探测系统无热化、高质量成像的需求,在非球面硫系玻璃基底制备3.7～4.8 μm波段增透膜.根据试验要求选取黏结层材料,提高基板与薄膜之间的附着力;利用有限元分析法通过多物理场仿真软件,将温度场与热应力场相结合建立三维模型,分析非球面薄膜的应力分布情况.根据模拟结果对沉积工艺进行优化,采用温度梯度烘烤法降低硫系玻璃基底的热应力,并采用真空原位退火法释放沉积薄膜的应力,解决非球面镜的脱膜问题.所制备的薄膜可以通过MIL-C-48497A标准中的附着力、湿度、中度摩擦等测试,并在3.7～4.8 μm波段的平均透过率为99.12％,满足红外探测系统的指标要求.     

卫星激光通信滤光膜的研制

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求,采用电子束和离子辅助沉积技术,制备了532nm、632nm和1 064nm波长处高反射,808nm和1 550nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H4和SiO2作为高低折射率材料,通过对膜系设计曲线的不断优化,减少了灵敏层的个数,得到了相对易于制备的膜系结构;采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜,采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚;通过不断调整工艺,提高了薄膜的抗激光损伤能力,减小了膜厚控制误差,提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率,最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求.     

屏蔽电磁波和红外的激光滤光片研制

为了研制具有高效电磁屏蔽功能的反红外、透1064nm激光的滤光片,基于金属薄膜诱导理论和多层薄膜的干涉原理,设计了诱导滤光膜的膜系结构,并讨论了金属Ag薄膜厚度误差对滤光片光谱性能的影响。采用离子束辅助沉积的方式制备膜系中的介质薄膜,采用离子束溅射方式制备了金属Ag薄膜;利用放大膜厚控制误差的方法,精确地监控薄层金属Ag膜的沉积厚度,同时避免了Ag膜被氧化。通过工艺实验,制备的滤光片在1064nm激光波长的透射率达到88%以上、中长波红外波段反射率达90%以上,对18～36GHz电磁波屏蔽效能达到23dB以上,具有良好的中长波红外及电磁波屏蔽功能。     

卫星激光通信滤光膜的研制

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求,采用电子束和离子辅助沉积技术,制备了532 nm、632 nm和1 064 nm波长处高反射,808 nm和1 550 nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H₄和SiO₂作为高低折射率材料,通过对膜系设计曲线的不断优化,减少了灵敏层的个数,得到了相对易于制备的膜系结构;采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜, 采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚;通过不断调整工艺,提高了薄膜的抗激光损伤能力,减小了膜厚控制误差,提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率,最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求.     

自支撑Zr膜制备及软X射线透过性能研究

软X射线波段滤光膜材料大都为自支撑金属薄膜,实验室环境下自支撑薄膜长期与空气接触表面易氧化,空气中的杂质原子进入自支撑薄膜内部,致使自支撑膜光学性能大幅下降.5 nm至20 nm软X射线波段Zr具有较低的质量吸收系数和较小的密度,在该波段Zr滤光膜透过率较高.采用脱模剂法制备自支撑Zr膜,在洁净的浮法玻璃上蒸镀一层Na...     

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。     

可见与红外双波段宽带增透膜的研制

根据军用光学仪器的使用要求,在多光谱ZnS基底上镀制增透膜,要求薄膜在可见与近红外波段400～1000 nm及远红外波段7～11 μm的平均透射率均大于90%.采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过选择ZnS和YbF3作为高低折射率材料,利用最新OptilLayer软件三大模块的功能辅助,调整镀膜工艺参数,改进监控方法,减少膜厚控制误差,在多光谱ZnS基底上成功镀制符合使用要求的增透膜.所镀膜层在可见与近红外波段400～1000 nm的平均透射率大于91%,远红外波段7～11μm的平均透射率大于90%,能够承受恶劣的环境测试,完全满足军用光学仪器的使用要求.     

用于彩色滤光片的低阻低应力ITO透明导电膜

探讨了用于彩色滤光片的低电阻和低压应力的ITO透明导电膜工艺。用磁控溅射方法在不同温度的衬底上制备了ITO薄膜。研究了膜形衬底温度与膜结晶化程度的关系,以及膜形衬底温度对膜电阻和压应力的影响。对不同衬底温度下形成的ITO薄膜进行了退火处理,并对退火后的ITO薄膜的电阻和压应力特性进行了分析。结果表明,采用室温沉积非晶态ITO膜,在真空退火下可获得低电阻、低压应力的多晶相ITO膜。     

Ultra-smooth metal surfaces generated by pressure-induced surface deformation of thin metal films

We present a mechanical pressing technique for generating ultra-smooth surfaces on thin metal films by flattening the bumps, asperities, rough grains and spikes of a freshly vacuum deposited metal film. The method was implemented by varying the applied pressure from 100 MPa to 600 MPa on an e-beam evaporated silver film of thickness 1000 Å deposited on double-polished (100)-oriented silicon surfaces, resulting in a varying degree of film smoothness. The surface morphology of the thin film was studied using atomic force microscopy. Notably, at a pressure of ～600 MPa an initial silver surface with 13-nm RMS roughness was plastically deformed and transformed to an ultra-flat plane with better than 0.1 nm RMS. Our demonstration with the e-beam evaporated silver thin film exhibits the potential for applications in decreasing the scattering-induced losses in optical metamaterials, plasmonic nanodevices and electrical shorts in molecular-scale electronic devices.     

沉积温度对一氧化硅薄膜聚集密度的影响

一氧化硅(SiO)薄膜是中短波红外区最常用的光学薄膜之一,高的聚集密度对于提升光谱稳定性和光学薄膜元件的品质非常重要.选用纯度为99.99%的SiO块状材料,在5×10^-4 Pa背景真空中用钼舟蒸发沉积,石英晶振仪将沉积速率控制在1.2~1.5 nm/s范围,硅基片上的膜层厚度约为2.2~2.4 μm,在不同沉积温度下制备样品.用傅里叶红外光谱仪分别测试新鲜薄膜和充分浸湿薄膜的光谱曲线,根据波长漂移理论,计算出薄膜的聚集密度.结果表明:聚集密度随沉积温度的升高而增加,从常温沉积的约0.91上升到250 ℃沉积的0.99以上.     

Influence of the substrate position angle on the adhesion of ZnO thin films deposited on polyimide foil substrates

ZnO thin films, as polymer protection layers against ultraviolet radiation, were deposited on polyimide foil substrates using cathodic vacuum arc deposition technique. X-ray diffraction results showed that all the samples had (0 0 2) preferred orientation and the FWHM decreased as the position angle decreased. A fragmentation test was employed to investigate the influence of substrate position angle on the adhesion of ZnO thin films. It was found that the intrinsic adhesion between the ZnO film and the polyimide substrate is about 60 MPa at the substrate position angle of 0°. When the position angle increases to ±60°, the value of intrinsic adhesion decreases to about 30 MPa.     

Thin film stress measurement by instrumented optical fibre displacement sensor

Residual stress can adversely affect the mechanical, electronic, optical and magnetic properties of thin films. This work describes a simple stress measurement instrument based on the bending beam method together with a sensitive non-contact fibre optical displacement sensor. The fibre optical displacement sensor is interfaced to a computer and a Labview programme enables film stress to be determined from changes in the radius of curvature of the film-substrate system. The stress measurement instrument was tested for two different kinds of thin film, hard amorphous carbon nitride (CN) and soft copper (Cu) films on silicon substrates deposited by RF magnetron sputtering. Residual stress developed in 500 nm thick CN thin films deposited at substrate temperatures in the range 50-550 °C was examined and it was found that stress in CN films decreased from 0.83 to 0.44 GPa compressive with increase of substrate temperature. Residual stress was found to be tensile (121 MPa) for Cu films of thickness 1500 nm deposited at room temperature.     

Optimized procedure for the manufacture of thin film filter prototypes

A simple procedure to minimize the number of trial-and-error high-vacuum depositions required to manufacture a thin film filter prototype is presented. For optical coatings obtained by thermal evaporation, the main difficulty is the accurate characterization (refractive index and thickness) of the layers under the actual deposition conditions. The proposed method is able to describe dispersion as well as inhomogeneity in the refractive index of the component layers. It requires only a suitable substrate holder attachment and standard thin film measurement equipment: a spectrophotometer and a three wavelength ellipsometer. The technique is illustrated with the development of an anti-reflection (AR) coating for glass which also includes an inhomogeneous layer.     

1064nm激光与远红外共窗口成像系统波长分离膜的研制

根据激光与远红外共窗口成像系统的技术要求,研制了一种波长分离膜,实现通过共窗口的激光与远红外光分离成像,即1 064nm高反射、8~14μm高透射.分析薄膜的微观结构,研究了薄膜材料吸潮前后的折射率变化,结合光学薄膜理论,优化膜系结构.在薄膜应力的基础上,优化膜层厚度,提高薄膜牢固性.研制的分离膜,1064nm反射率为99.71%,8~12μm平均透过率为97.1%,12~14μm平均透过率为90.1%,满足户外环境中长期使用的要求.