热致漂白效应对非晶Ge34Ga2S64薄膜结构和光学特性的影响

采用热蒸发法技术沉积Ge34Ga2S64非晶薄膜,并对薄膜样品在375℃热处理2h。通过分光光度计、表面轮廓仪和显微拉曼光谱仪测试热处理前后薄膜样品的透过曲线、薄膜厚度和拉曼结构。利用薄膜干涉曲线的波峰和波谷计算了薄膜的厚度和折射率,并根据Swanepoel方法以及Tauc公式分别计算了薄膜折射率色散曲线和光学带隙等参数。结果表明,Ge34Ga2S64非晶薄膜经热处理后发生热致漂白效应,大分子团簇以及Ge-Ge、S-S同极错键含量明显减少,网络结构无序性降低,从而引起薄膜的光学吸收边蓝移、折射率降低、表面粗糙度(Ra)降低0.515nm和光学带隙增大0.118eV。     

纳米薄膜的光学参数及厚度提取方法研究

采用磁控溅射法在玻璃基底上分别制备了不同厚度的单层TiO2、Au纳米薄膜和双层TiO2/Au纳米薄膜,并测量了这些薄膜的透射光谱.通过设计计算机程序拟合透射光谱;获取了薄膜的折射率和消光系数随波长的变化曲线以及薄膜的厚度.这种拟合方法是以非线性约束优化理论为基础的,具有透射光谱易测量、计算精度高等特点.     

磁控溅射法制备的PZT非晶薄膜光学性质研究

采用磁控溅射方法在石英玻璃上制备了PbZrxTi1-xO3(PZT)(x=0．52)非晶薄膜,并测量了200～1100nm的紫外．可见．近红外透射光谱．基于薄膜的结构和多层结构的透射关系,发展了仅有6个拟合参数的光学常数计算模型．利用该模型,可以同时获得薄膜在宽波段范围内的光学常数和厚度,得到折射率的最大值为2．68,消光系数的最大值为0．562,拟合薄膜厚度为318．1nm．根据Tauc′s法则,得到PZT非晶薄膜的直接禁带宽度为3．75eV．最后,利用单电子振荡模型成功地解释了薄膜的折射率色散关系．     

基于偏振光反射多点法测量薄膜参数

依据偏振光反射原理和多角度测量的多点拟合算法,实现了对薄膜材料折射率和厚度的精确测量。将高准直半导体激光入射到薄膜样品与空气分界面上,逐步旋转样品或改变样品表面的入射角,得到待测样品的反射率随入射角变化曲线。在曲线上取不同入射角处所对应的反射率,根据计算公式求解出多组薄膜厚度和折射率。利用已测量的多组反射率与求解出的薄膜参数相应反射率拟合后可确定出薄膜参数最优解。在求出的薄膜参数附近拓展一定范围再次拟合,可求出更精确的薄膜参数。基于此方法测量了SiO2薄膜的折射率和厚度,测量折射率误差不超过0.3%,厚度误差不超过0.07%。     

热蒸发紫外LaF3薄膜光学常数的表征

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上,采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品,利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数,计算得到其在185～450nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明,当膜层厚度较薄时,LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加,薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后,拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好,提高了薄膜光学常数的计算精度。     

红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法

红外光学系统中靠近探测器的光学元件通常处于低温环境中,低温环境会使得光学元件表面薄膜的透射光谱发生漂移,进而严重影响红外光学系统的成像质量。研究发现光谱漂移是由于系统中红外光学薄膜的折射率发生了改变。论文针对红外光学薄膜材料折射率温度特性开展了研究,在光学薄膜理论基础上,通过分析几种波长色散模型的特点,提出了一种红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法。该方法基于不同温度测得的透射率光谱,通过光谱反演得到不同温度条件下光学薄膜材料的折射率,并在Cauchy色散模型的基础上,通过数据拟合分析,能够得到红外光学薄膜材料的折射率温度/波长色散公式。采用该方法对PbTe、Ge两种典型红外光学薄膜材料折射率温度特性进行了分析研究,验证了该方法的可行性。     

光学薄膜常数的测试与分析

光学薄膜常数—折射率、消光系数和膜层厚度是光学薄膜制备的基础，通过透射光谱法测试计算得到的薄膜常数具有较高的精度。Ta2O5是一种常用的氧化物薄膜，研究了两种透射光谱法计算光学薄膜常数的精度，利用Lambda900分光光度计获得了Ta2O5薄膜样品的透过率光谱数据，采用透射光谱包络线法对单层Ta2O5薄膜样品的光学常数进行计算，得到的折射率和消光系数较为准确，并且认为所得到的消光系数为广义消光系数，对精确地测试、计算提出了建议，为不同薄膜样品的制备奠定了技术基础。     

用低压反应离子镀技术制备的类金刚石薄膜及其表征

以Ar气作为工作气体,CH4作为反应气体,利用低压反应离子镀(RLVIP)技术在Ge基底上成功制备出类金刚石(DLC)薄膜.通过拉曼光谱、Perking Elmer GX型红外光谱仪和Nano Indenter XP型纳米压痕硬度测试计分别表征了类金刚石薄膜的微观结构、光学性能和机械性能.结果表明,类金刚石薄膜(ID ...     

测量薄膜材料n、H、d的简易方法及其在低温测量中的应用

介绍了一种测定薄膜材料光学常数的简易方法,它的最大优点是只需要知道薄膜材料的透射光谱。薄膜的光学常数和厚度测试精度优于1%,并给出了PbTe、ZnSe薄膜在室温及低温下的折射率。     

TiO2薄膜的宽光谱特性椭偏法研究

为了获得TiO2薄膜的光学常数,采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪,测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜,得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度.根据TiO2的薄膜特性及成膜特点,考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响,建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型,对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较.结果表明,模型基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层可以得到最小的均方差为0.5544,得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近.该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值.     

基于多项式求根的双厚度透射率模型确定光学常数

为解决光谱反演法确定物质光学常数的一些问题,基于传统的双厚度透射率模型,建立厚度分别为L和2L的光谱透射率方程,通过代数运算获得与衰减系数有关的八次多项式方程,求解并选择其大于0小于1的实数根来计算衰减系数和消光系数;再求解关于界面反射率的一元二次方程,选择其大于0小于1的根来计算折射率。在确定光学常数的过程中,新方法没有反演误差和迭代计算耗时问题。利用已知文献中庚烷的光学常数验证新方法的可靠性,并分析了双厚度不满足2倍关系时对计算结果的影响,结论是第二厚度2L的相对误差不超过1%时,消光系数的计算误差不超过2.03%,不考虑3个强吸收点时,折射率的计算误差不超过1%。     

一种基于自适应差分进化算法的薄膜参数表征方法研究（特邀）

依据穆勒椭偏测量方法中偏振光的传输方式,文中提出了一种基于自适应差分进化算法（SADE）的各向同性纳米薄膜厚度与光学常数的表征方法。通过建立出射光强关于待测标准样片穆勒矩阵的最小二乘模型,用SADE算法对穆勒矩阵元素进行求解,并将拟合得到的穆勒光谱曲线与用双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪(DRC-MME)测量得到的穆勒光谱图进行了比较,利用传输矩阵求解薄膜厚度。对标定值分别为(104.2±0.4) nm和(398.4±0.4) nm的SiO₂/Si标准样片进行仿真计算,实验表明:当分别迭代到80次和87次时,目标函数光强的残差平方和收敛到最小值0.97和1.01,得到的膜厚计算值分别是(103.8±0.6) nm和(397.8±0.6) nm,相对误差均小于1%。同时用计量型椭偏仪根据得到的折射率进行计算,得到膜厚的计算值分别为(104.1±0.6) nm和(398.2±0.6) nm,验证了SADE在相近收敛速度下对各向同性纳米薄膜参数求解过程中具有计算简单和可以准确的找到全局最优解的特点。     

YbF3和ZnS薄膜的折射率和厚度的分光光度法测定

本文给出了一种简单而准确地确定光学薄膜折射率和厚度的方法。利用分光光度计分别测量光学薄膜样品以及基底透射率曲线，采用柯西（Cauchy）色散模型以及非线性单纯形优化法对透射率测量曲线进行拟合，从而确定薄膜的光学常数和厚度。采用电子束热蒸发和电阻热蒸发方法，分别在CaF2基底上镀制ZnS薄膜和在Al2O3基底上镀制YbF3薄膜，通过测量其在400nm-2600nm波段内的透射率曲线，计算出ZnS和YbF3薄膜材料的折射率色散曲线以及膜层厚度。     

1064 nm激光平板偏振膜的研制

根据军用光学仪器的使用要求,在平板K9基底上镀制偏振膜,要求在56.4°角入射条件下,激光波长1064 nm处满足T_P>99%,T_S<1%,且膜层抗激光损伤阈值应≥600 MW/cm~2.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HfO_2和SiO_2作为高低折射率材料,利用Macleod软件进行膜系设计与分析,采用LightRatioPeak光值比例法进行监控,优化工艺参数,减少监控误差,在平板K9基底上成功镀制符合使用要求的偏振膜.所镀膜层不仅满足光谱要求,且顺利通过膜层环境测试,完全满足军用光学仪器的使用要求.     

聚合物复合薄膜DR13/PMMA的制备及其光学特性

薄膜的厚度、折射率和传输损耗等参数在电光系数的确定和光波导器件的设计和制作过程中都是重要的参考数据。采用旋涂法制备了三种不同质量比的偶氮化合物染料分散红13(DR13)与聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合薄膜;利用分光光度计测量样品的吸收光谱;利用棱镜耦合仪测量了薄膜的厚度和折射率,并对不同波长下的折射率进行拟合得到折射率色散曲线;采用视频摄像技术研究样品的光传输特性,利用自己编写的计算机程序来处理其实验结果。DR13/PMMA复合薄膜在300nm和500nm处有两个大的吸收峰,而在其他波段,尤其是在通信波段没有明显吸收。薄膜的膜厚大约为1~2μm,其折射率随着质量比的增加而增大,随着激光波长的增大而降低,膜厚和折射率的误差分别为3.2×10-1μm和1.5×10-3。三种质量比(10%,15%和20%)的薄膜传输损耗分别为1.5269dB/cm,2.7601dB/cm和3.6291dB/cm,可以看出随着DR13质量比的增大,光传输损耗也逐渐增大,即DR13的含量对于传输损耗的影响较大。     

干涉椭偏测量系统中分光镜引入的非线性误差

研究了一种采用声光调制器实现的透射式外差干涉椭偏(IE)测量系统。实验测量了单层透明ITO膜, 膜厚和折射率测量误差分别达到4 nm和6％。除了激光源和偏振器件之外, 分光镜也是重要的非线性误差源。研究了分光镜(BSs)退偏效应和方位角对椭偏测量误差的影响。采用琼斯矢量法推导出误差理论模型, 并数值计算了误差随分光镜光学参数和方位角的变化规律。计算结果表明, 由此引入的膜厚测量误差可达数纳米量级, 且与方位角误差近似成线性关系。退偏效应和方位角误差引入的非线性测量误差是互相关的, 不能通过移出被测样品的标定过程来完全消除。为了达到亚纳米级测量精度, 需要控制分光镜方位角误差在0.01°以内。根据分光镜退偏参数与非线性误差的关系, 可以设计或选择合适的分光镜。     

光学薄膜减散射特性研究

为了降低光学薄膜的表面散射损耗,依据微粗糙面的一阶微扰理论,在不考虑多重散射效应的情况下,利用电磁场边界条件给出的光学薄膜任一界面粗糙度引起的散射场在入射介质中的表达式,重点讨论了单层光学薄膜实现零散射的条件以及实现减散射的条件,理论研究结果表明:当膜层的光学厚度为/4的偶数倍时,单层薄膜要实现减散射就必须使单层膜的折射率大于基底的折射率,且空气-薄膜界面的微粗糙度必须小于薄膜-基底界面之间的微粗糙度。当膜层的光学厚度为/4的奇数倍时,单层薄膜的折射率小于基底的折射率,且膜层两个界面的粗糙度必须满足特定条件,才能实现减散射的效果。     

激光沉积红外窗口高性能类金刚石膜技术

类金刚石(DLC)膜具有宽光谱高透射率、高硬度、高热传导及高稳定性等优点,是红外窗口增透保护膜的优选,但现有方法制备的类金刚石膜难以满足高马赫数或海上盐雾等恶劣条件下的应用。激光法相比其他制备方法具有诸多优点,介绍了激光法制备DLC膜的原理及特点,并分析了实现工程应用的难题及关键技术。采用激光沉积法制备出综合性能优异的类金刚石膜,纳米硬度高达44 GPa、内应力仅0.8 GPa、临界刮擦载荷附着力为59.1 mN。正面镀DLC膜,背面镀普通增透膜的硫化锌、硅、锗等红外窗口的平均透射率达82%~91%。实现了150 mm基片的激光法大尺寸均匀薄膜,膜厚不均匀性≤±2%。制备的DLC膜红外窗口通过军标环境适应性试验,并已实现工程化应用。