氟化物材料在深紫外波段的光学常数

研究了紫外领域常用的6种大带隙的氟化物薄膜材料,在氟化镁单晶基底上用热舟蒸发镀制了三种高折射率材料薄膜LaF₃,NdF₃,GdF₃和三种低折射率材料薄膜MgF₂,AlF₃,Na₃AlF₆;用商用lambda900光谱仪测量了它们在190—500 nm范围的透射率光谱曲线;用包络法研究了它们的折射率和消光系数,研究了影响透射率和光学常数的主要因素,给出了6 关键词： 光学常数 包络法 氟化物材料 深紫外     

氮化钛薄膜的光学性能分析

利用磁控溅射法，在不同的工艺条件下制备氮化钛薄膜。详细分析了不同工艺条件下薄膜的光谱选择特性以及相应的光学常数，通过俄歇电子能谱对薄膜的不同深度的元素成分进行了分析，由原子力显微镜测量并处理得到氮化钛薄膜的表面形貌图。结果表明，氮化钛薄膜的光学性能严格依赖于氮和钛原子数比，符合化学计量比的TiN薄膜具有良好的光谱选择性。基底加负偏压溅射可进一步改善薄膜的性能。     

Cr-N薄膜结构和光学常数的研究

利用空心阴极离子镀（ＨＣＤ） 技术在硅片上镀一层均匀Ｃｒ＿Ｎ 薄膜。用Ｘ 射线衍射技术（ＸＲＤ） 分析了氮气分压对沉积的Ｃｒ＿Ｎ薄膜结构的影响。用椭偏测量术对Ｃｒ＿Ｎ 薄膜的光学常数进行测量     

椭偏精确测定透明衬底上吸收薄膜的厚度及光学常数

椭偏仪难以精确测量透明衬底上吸收薄膜光学常数的原因:1)衬底的背面反射光为非相干光, 它的存在会极大的增加拟合难度; 2)衬底光学常数(折射率和消光系数)的差异会影响测量的准确性, 而且会在吸收薄膜的光学常数中表现出来, 需要单独测量其光学常数; 3)厚度与光学常数之间呈现强烈的关联性. 针对以上三个问题, 选择石英玻璃、载玻片、盖玻片和普通浮法玻璃作为研究对象. 采用折射率匹配法消除上述衬底背面反射光的影响. 结果显示, 折射率匹配法能够有效消除折射率在1.43-1.64、波长范围为190-1700 nm波段的石英、浮法玻璃等透明衬底的背面反射光. 之后, 通过拟合椭偏参数ψ和垂直入射时的透过率T₀ 分别得到以上衬底的折射率和消光系数. 拟合得到的结果与文献报道的趋势一致. 最后, 采用椭偏参数和透过率同时拟合的方法(SE+T法)得到类金刚石薄膜(沉积在石英玻璃上)和非晶硅薄膜(沉积在载玻片、盖玻片上)光学常数和厚度的准确解.     

弱吸收基底上弱吸收薄膜的光学常数计算方法

用一种相对简单而又精确的光度法来计算弱吸收基底上弱吸收薄膜的光学常数,为低损耗紫外薄膜的设计与实现提供了理论基础。采用JGS1型熔融石英基底,制备了MgF2与LaF3材料的单层膜,获得了JGS1型熔融石英基底及MgF2与LaF3薄膜的光学常数色散曲线。结果显示：在200 nm左右处,JGS1型熔融石英基底的吸收已经比较明显,消光系数在10-8量级,因此,应考虑基底的弱吸收,以提高薄膜光学常数的计算精度。     

热原子层沉积钛掺杂氧化镓薄膜的光学性能

在250℃的低温下,以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源,O₃为反应气体,采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga₂O₃(TGO)薄膜。Ga₂O₃和TiO₂的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga₂O₃/TiO₂循环比减少而增加,O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动,这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低,表明Ti元素成功掺杂到Ga₂O₃薄膜中。TiO₂和Ga₂O₃的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti⁴⁺和Ga³⁺离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降,表明T...     

衬底温度对HfO2薄膜结构和光学性能的影响

采用直流磁控反应溅射法,分别在室温,200,300,400和500 ℃下制备了HfO2薄膜。利用X射线衍射（XRD）、椭圆偏振光谱（SE）和紫外可见光谱（UV-vis）研究了衬底温度对HfO2薄膜的晶体结构和光学性能的影响。XRD研究结果显示：不同衬底温度下制备的HfO2薄膜均为单斜多晶结构;随衬底温度的升高,（-111）面择优生长更加明显,薄膜中晶粒尺寸增大。SE和UV-vis研究结果表明：随衬底温度升高,薄膜折射率增加,光学带隙变小;制备的HfO2薄膜在250～850 nm范围内有良好的透过性能,透过率在80%以上。     

反射光谱包络线法测量光电薄膜的光学常数和厚度

提出了一种利用薄膜反射光谱包络线法计算光电薄膜光学常数和厚度的方法。当一束光照射在基板上的介质膜上时,由于薄膜上、下界面反射光的相干,会使反射光谱的曲线有一定的波动。本文对反射光谱进行了理论分析,给出计算公式,从测量曲线中的实验值得出薄膜的厚度和光学常数。此种方法计算过程简单、迅速,而且易于编程处理。     

确定薄膜厚度和光学常数的一种新方法

借助于不同的色散公式,运用改进的单纯形法拟合分光光度计测得的透过率光谱曲线,来获得薄膜的光学常数和厚度。用科契公式分别对电子束蒸发的TiO2和反应磁控溅射的Si3N4,以及用德鲁特公式对电子束蒸发制备的ITO薄膜进行了测试,结果表明测得的光学常数和厚度,与已知的光学常数以及台阶仪测得的结果具有很好的一致性。这种方法不仅简便,而且不需要输入任何初始值,具有全局优化的能力,对厚度较薄的薄膜也可行。采用不同的色散公式可以获得各种不同薄膜的光学常数和厚度,这在光学薄膜、微电子和微光机电系统中具有实际的应用价值。     

衬底温度对HfO_2薄膜结构和光学性能的影响

采用直流磁控反应溅射法,分别在室温,200,300,400和500℃下制备了HfO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱(SE)和紫外可见光谱(UVvis)研究了衬底温度对HfO2薄膜的晶体结构和光学性能的影响。XRD研究结果显示:不同衬底温度下制备的HfO2薄膜均为单斜多晶结构;随衬底温度的升高,(-111)面择优生长更加明显,薄膜中晶粒尺寸增大。SE和UVvis研究结果表明:随衬底温度升高,薄膜折射率增加,光学带隙变小;制备的HfO2薄膜在250～850nm范围内有良好的透过性能,透过率在80%以上。     

电子束蒸发TiO2薄膜的光学特性

研究了不同工艺参数条件下，电子束蒸发TiO2薄膜的光学特性。在正交实验的基础上，利用离子束辅助沉积技术，获得了影响TiO2薄膜折射率的主要因素．得到了TiO2薄膜的折射率随氧气分压的关系。对离子氧和分子氧两种情况下TiO2薄膜的折射率进行了比较．得到了TiO2薄膜的折射率与沉积速度的关系，并给出了TiO2薄膜的红外吸收光谱。     

电子束蒸发TiO2薄膜的光学特性

研究了不同工艺参数条件下，电子束蒸发TiO₂薄膜的光学特性。在正交实验的基础上，利用离子束辅助沉积技术，获得了影响TiO2薄膜折射率的主要因素．得到了TiO2薄膜的折射率随氧气分压的关系。对离子氧和分子氧两种情况下TiO2薄膜的折射率进行了比较．得到了TiO2薄膜的折射率与沉积速度的关系，并给出了TiO2薄膜的红外吸收光谱。     

相变光盘介电薄膜ZnS-SiO2 的微结构和光学特性

采用射频磁控溅射法制备了ZnS-SiO₂ 介电薄膜,利用透射电镜和椭偏仪研究了溅射条件对ZnS-SiO₂薄膜微结构和折射率n的影响.研究表明,ZnS-SiO₂薄膜中存在微小晶粒,大小为2～10 nm的ZnS颗粒分布在SiO₂基体中,当溅射功率和溅射气压变化时,ZnS-SiO₂薄膜的微结构和折射率n发生显著变化,微结构的变化是导致折射率n变化的主要原因,通过优化溅射条件可以制备适用于相变光盘的高质量ZnS-SiO₂介电薄膜.     

TeO2-TiO2-Bi2O3系统玻璃的热学特性及光学带隙研究

采用熔融淬冷法制备了系列高折射率的TeO2-TiO2-Bi2O3系统玻璃,测试了样品的密度、转变温度、析晶温度、折射率、吸收光谱,利用经典的Tauc方程计算了样品光学带隙允许的直接跃迁、允许的间接跃迁及Urbach能量.讨论了玻璃的热稳定性与组成之间的关系、研究了摩尔折射度、金属标准值、光学带隙、Urbach能量、Bi2O3和TiO2含量及光学碱度对玻璃样品折射率的影响.结果表明TeO2-TiO2-Bi2O3玻璃具有较好的热稳定性、样品的折射率随着摩尔折射度增大而增大,而光学带隙及金属标准值有减小的趋势,此外高的光学碱度对玻璃的高的三阶非线性也有一定的贡献.     

Optical properties of Tl2In2Se3S layered single crystals

The optical properties of Tl₂In₂Se₃S layered single crystals have been analyzed using transmission and reflection measurements in the wavelength region between 500 and 1100 nm. The optical indirect transitions with a band gap energy of 1.96 eV and direct transitions with a band gap energy of 2.16 eV were determined from analysis of absorption data at room temperature. Dispersion of the refractive index is discussed in terms of the Wemple–DiDomenico single-effective-oscillator model. The refractive index dispersion parameters – oscillator energy, dispersion energy, oscillator strength and zero-frequency refractive index – were found to be 4.67 eV, 45.35 eV, 1.38 × 10¹⁴ m ^{? 2} and 3.27, respectively. Transmission measurements were also performed in the temperature range 10–300 K. As a result of temperature-dependent transmission measurements, the rate of change in the indirect band gap with temperature, i.e. γ = ?5.6 × 10^?4 eV/K, and the absolute zero value of the band gap energy, E _gi(0) = 2.09 eV, were obtained.     

双重干涉效应薄膜光学热光调制器的研究

对双重干涉效应反射式薄膜光学热光调制器进行了研究，基于双重干涉效应的分析方法，就相关参数对器件调制特性的影响进行了理论分析，并在实验上进行了有关测试，实际器件获得了高达９２％的调制深度。     

AgTCNQ衍生物旋涂膜绿光可擦重写光存储性质研究

报道了新型电子转移复合物AgTCNQ脂类衍生物：银-(2,5-二丙酸甲酯-7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷)的旋涂薄膜的光谱特征、薄膜的静态绿光可擦重写光存储性能,并研究了薄膜的可擦重写机理。结果表明该薄膜在388nm和675nm处有两个源于复合物中阴离子自由基TCNQ(C2H4COOCH3)2^-中的电子跃迁的特征吸收峰;AgTCNQ酯类衍生物旋涂膜具有良好的绿光光存储性能,该薄膜在写入功率为9mW,写入脉冲为80ns,擦除功率为4mW,擦除脉冲为500ns时反射率衬比度大于15％,循环次数可达100次以上,并且没有出现任何疲劳现象。机理研究表明,AgTCNQ酯类衍生物与AgTCNQ有着相同的可逆光致变色机理,即在激光作用下因复合物中可逆电子转移引起薄膜光学性质的可逆变化,从而实现可擦重写光信息存储。     

Optical and electrical properties of swift heavy ion beam-irradiated polycarbonate/polystyrene bilayer films

Polycarbonate/polystyrene bilayer films prepared by solvent-casting method were irradiated with 55 MeV carbon ion beam at different fluences ranging from 1×10¹¹ to 1×10¹³ ions cm^?2. The structural, optical, surface morphology and dielectric properties of these films were investigated by X-ray diffraction (XRD), UV–visible spectroscopy, Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, optical microscopy and dielectric measurements. The XRD pattern shows that the percentage of crystallinity decreases while inter-chain separations increase with ion fluence. UV–visible spectroscopy shows that the energy band gap decreases and the number of carbon atoms in nanoclusters increase with the increase in ion fluences. The refractive index is also found to decrease with the increase in the ion fluence. Optical microscopy shows that after irradiation polymeric bilayer films color changes with ion fluences. The FTIR spectra evidenced a very small change in cross-linking and chain scissoring at high fluence. Dielectric constant decreases while dielectric loss and AC conductivity increase with ion fluences.     

极紫外、X射线和中子薄膜光学元件与系统

极紫外、X射线和中子光学为现代科学的发展提供了高精度的观测手段,但这些手段的实现需要大量高性能薄膜光学元件和系统的支撑。由于短波长和材料光学常数的限制,短波光学元件的结构、性能和制作技术明显区别于长波光学元件。近二十年来,同济大学精密光学工程技术研究所建立了以短波反射镜为基底的精密加工检测平台,发展了超薄薄膜界面生长调控方法和大尺寸薄膜镀制技术,提出了高效率/高分辨率多层膜微纳结构的衍射理论和制备方法,初步阐明了短波辐照损伤的物理机制,形成了短波薄膜和晶体聚焦成像系统的高精度全流程研制技术,并将该技术成功应用于国内和国际短波光子大科学装置中。本文简要介绍本课题组在上述短波元件和系统领域中的研究进展。