基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法

在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维FFT的薄膜厚度测量新方法。利用搭建的泰曼-格林型干涉系统,用CCD接收、采集卡采集,可获得被测膜层的干涉条纹图像。编制算法处理软件,可实现对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理,从而获得带有薄膜信息的面形分布,实现对薄膜样片厚度的自动化测量。研究结果表明：所测薄膜厚度的峰谷值为0．2562,均方根值为0．068λ,说明采用基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法测量薄膜厚度具有较高的精度。     

532 nm激光辐照下ZnSe薄膜光学特性研究

采用电子束热蒸发技术制备了ZnSe薄膜,研究了532 nm波长的不同能量(2.0 mJ、2.5 mJ、3.0 mJ)、不同脉冲数(3、10、15)激光诱导前后,ZnSe薄膜的透射率、折射率、消光系数、损伤阈值(LIDT)的变迁。研究结果显示,在能量为2.0 mJ激光辐照后,ZnSe薄膜折射率提高,透射率下降。相比较能量为2.5 mJ、3.0 mJ激光辐照,在能量为2.0 mJ激光辐照后折射率提高最明显,由2.489 4提高到2.501 6。薄膜损伤阈值从0.99 J/cm2提高到1.39 J/cm2(10脉冲辐照);薄膜的损伤经过了无损伤到严重损伤突变的损伤演变过程。采用原子力显微镜对预处理后薄膜表面粗糙度进行检测,发现激光预处理后的薄膜表面粗糙度Ra有所下降,从0.563 nm降低到0.490 nm(15脉冲激光辐照)。     

外加偏置电场下类金刚石薄膜激光损伤形貌

使用非平衡测控溅射技术沉积了类金刚石薄膜,对比了外加偏置电场前后薄膜的抗激光损伤表面形貌变化,发现薄膜施加偏置电场后,薄膜的激光损伤区域内有大量丝状薄膜,损伤形貌存在明显不同,损伤面积减小,薄膜的激光损伤情况得到改善。这表明外加偏置电场对薄膜的损伤有影响,激光在薄膜中激励产生的光生电子在电场作用下产生快速漂移,间接降低了激光辐照区域内的局部能量密度,减缓了薄膜的石墨化,提高了薄膜的抗激光损伤能力。     

金属网栅电磁屏蔽窗口薄膜的设计与制备

通过光刻掩膜技术、电阻热蒸发沉积技术制备电磁屏蔽窗口金属网栅薄膜,研究金属网栅的红外透射率和电磁屏蔽效能。为了能有效地屏蔽电磁波,使用CST Studio Suite电磁仿真软件设计不同周期、线宽的金属网栅,采用光刻掩膜技术、电阻热蒸发技术在双面抛光单晶硅基片上完成线宽为30μm,周期分别为350μm、450μm、550μm、650μm、750μm的金属网栅薄膜的制备。采用真空型傅立叶红外光谱仪和矢量网络分析仪分别对不同结构参数金属网栅薄膜的光谱特性和电磁屏蔽效能进行测试。结果:实现在双面抛光单晶硅基底上制备的网栅在12~18 GHz频段内,网栅的电磁屏蔽效能均达到12 dB以上。在3~5μm波段的透射率损失仅为8%。为了得到既具有高透光率,又具有强电磁屏蔽效能金属网栅薄膜需要合理设计金属网栅的线宽和周期。制备过程中网栅的光学-电学特性不仅受周期和线宽影响,掩膜板的加工精度、金属网栅的加工缺陷等也会造成不同程度的影响。     

光学薄膜激光损伤阈值测量不确定度

光学薄膜的激光损伤阈值是评价其激光耐受性能好坏的一个重要指标。对薄膜激光损伤阈值的准确评价和测定,是判断其激光耐受性能和进行相互比对的基础。通过对激光损伤阈值测试系统误差的溯源分析和计算机模拟,给出了优化测试系统的方向。研究结果表明:在激光光斑确定的情况下,激光能量越高,能量密度的误差越大。因此在满足需要的情况下,应该尽可能选取较低的激光能量。在激光能量确定的情况下,存在一个临界光斑,当小于临界光斑时,能量密度误差变化非常剧烈,光斑越小,能量密度误差越大。测试系统的激光光斑大于临界光斑时系统的误差较小,小于临界光斑时系统的误差急剧变大。因此,在激光损伤阈值测试系统中,应该优选临界光斑或者大于临界光斑。激光损伤阈值拟合产生的最大误差为最大能级的激光能量误差,因此要尽可能降低激光器的脉冲能量。由此可见,设计合理的系统参数,可以最大程度降低测量结果的不确定度。     

近红外激光薄膜滤光片的研制

以双抛Si片为基底,采用离子束辅助热蒸发沉积技术研制了1.2～3μm波段激光薄膜滤光片.采用长波通滤光片与减反射膜相结合的薄膜样品设计方法,高、低折射率材料分别选用ZnS和MgF2,综合考虑光谱特性和电场强度分布,使用TFCale膜系软件设计出1.064μm高反、1.2～3μm波段增透的长波通滤光片.长波通膜系膜系结构为G|4H2L1.5H2L2H1.5L2H4L|A,减反射膜膜系结构为G|3.5H3.5L|A.最终实现1.2～3μm波段峰值透过率达98.48%,平均透过率为92.35%,1.064μm处透过率为5.09%的光谱特性.对薄膜样品分别采用离子束处理和退火处理,发现适当的工艺参数,有助于提高薄膜激光损伤阈值,当退火温度为250℃时,其激光损伤阈值可达6.3J/cm~2.本文研究可为近红外薄膜滤光片设计和制备提供参考.     

薄膜光学常数的粒子群算法

为解决椭偏法测量薄膜厚度和折射率实验数据处理较为复杂的问题,采用一种新的基于群体智能的优化算法——粒子群算法处理实验数据.以单层吸收薄膜的测量为例,利用该算法进行数据处理.实验结果表明,可以同时获得3个薄膜参数(折射率n,消光系数k和薄膜厚度d),而且在确切参数范围未知情况下,大范围内进行搜索仍然能保证快速收敛到最优解.该算法与遗传算法以及利用椭偏仪数据处理软件得出的结果相比较,计算精度高,收敛速度快.     

激光诱导击穿空气等离子体参数的光谱分析法

空气等离子体的电子温度和密度对激光诱导空气击穿等离子体产生闪光过程的研究有着重要的意义,本文将纳秒Nd∶YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于大气中,诱导其产生等离子体闪光,并通过Avantes-ULS3648型9通道的光谱仪采集闪光光谱,通过光谱分析,研究了不同延迟时间下激光诱导击穿空气等离子体产生过程中的等离子体电子温度和电子密度的变化情况。根据同一元素不同峰值位发出的光谱,由相对强度比较法可以得出等离子体电子温度,由斯塔克展宽法可得到等离子体电子密度的变化,通过分析发现,等离子体电子温度和密度均随延迟时间的增大而下降。这些结果对研究强激光作用下空气击穿的气体动力理论机制有一定的科学意义。     

沉积速率对H4膜光学带隙及激光损伤特性的影响

采用电子束热蒸发技术在石英基底上制备了H4薄膜,并对其光学和激光损伤特性进行了研究。根据透射率谱计算出薄膜的光学带隙发现, 光学带隙随着沉积速率的降低而增大, 其值大小在4.66～4.73eV。椭偏测试结果表明,当沉积速率从0.92nm/s、0.17nm/s、0.08nm/s降低到0.03nm/s时,薄膜折射率从1.955、1.919、1.901降低到 1.895(1064nm)。所有 样品的消光系数量级均优于10－5,说明薄膜表现出极小的吸收。薄膜的激光损伤形 貌和激光损伤 阈值(LIDT)受沉积速率的影响不大,同一激光能量作用下 ,薄膜的损伤斑大小基本一致,但0.92nm/s 时制备的薄膜,其损伤区与未损伤区存在相互交错现象。当沉积速率从0.03nm/s变化到 0.92nm/s时,薄膜 激光损伤阈 值在16～17J/cm²(1064nm,10ns)之间。     

类金刚石薄膜光学常数的测量方法

采用椭偏法测量类金刚石（DLC）薄膜的光学常数，分析了DLC薄膜折射率分布情况，提出了DLC薄膜折射率呈渐变分布的慨念，建立了采用椭偏法进行DLC薄膜光学常数测量的多层物理模型，分析讨论了实验办法的可行性和测量结果的可靠性，实验结果表明：采用该模型进行DLC薄膜光学常数的测量，使拟合误差（MSE）从31．71下降到1．125，提高了测量精度。