基于氧化铝单晶的红外增反膜的制备与研究

论文摘要

随着光学薄膜技术的逐渐成熟,红外增反膜已经成为薄膜工作者的一个研究焦点。增反膜是以高折射率和低折射率材料按照设计厚度交替镀制而成的多层膜系。基于其高反射率低损耗的特性使得其在高能激光武器中有着重要的应用。本文从Maxwell方程组出发探讨了增反膜工作原理。借助Essential Macleod软件以1392nm为参考波长设计了S/（HL）^7H/A结构的增反膜系。以折射率、应力状态及材料在红外波段的吸收损耗等指标为出发点,综合比较几种可供选择膜料的优劣后选取TiO2和SiO2分别作为制备增反膜的高折射率和低折射率膜料。采用XRD、SEM、AFM以及XPS等表征手段对薄膜进行测试分析,考虑磁控溅射的工艺参数对结晶状态、薄膜微观结构和表面粗糙度以及薄膜成分等多种因素的影响,通过合理优化选定了:溅射功率70W,Ar气流量15sccm,O2流量10sccm,溅射压强2.0Pa,靶基距75cm,本底真空度优于4.5×10-4Pa为制备红外增反膜系的工艺参数。采用UV-3600型紫外可见近红外分光光度计对增反膜测试表明,镀膜之后的蓝宝石反射率大幅度增加,但是相对设计峰值有所降低,并且实测峰值相对设计峰值向短波方偏移。结合Essential Macleod模拟结果分析得出造成实验值与理论值偏离的主要原因是膜系内部的吸收和磁控溅射制得薄膜致密度低于理论值所造成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 氧化铝单晶的性能与应用
• 1.3 光学薄膜的发展历史与研究现状
• 1.4 磁控溅射法的基本原理
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第2章 实验材料与分析测试方法
• 2.1 膜料的选择
• 2.2 分析测试方法
• 2.2.1 X 射线衍射分析
• 2.2.2 X 射线光电子能谱
• 2.2.3 原子力显微镜
• 2.2.4 扫描电子显微镜
• 2.2.5 分光光度计
• 2.2.6 椭偏仪
• 2.3 本章小结
• 第3章 红外增反膜膜系设计
• 3.1 光学薄膜基本原理
• 3.1.1 介质中的电磁波
• 3.1.2 导纳方程
• 3.1.3 光波在介质界面上的反射与折射
• 3.1.4 光学薄膜的特征矩阵
• 3.1.5 光学膜系的光学性质
• 3.2 光学膜系优化设计方法
• 3.3 理想的多层介质反射膜系的选择
• 3.4 本章小结
• 2和 SiO₂膜及其特性表征'>第4章 磁控溅射制备 TiO₂和 SiO₂膜及其特性表征
• 4.1 实验方法
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 工艺参数的选择
• 4.1.3 工艺流程
• 4.2 薄膜测试结果与分析
• 4.2.1 薄膜的XRD 表征
• 4.2.2 薄膜的XPS 表征
• 4.2.3 薄膜的AFM 表征
• 4.2.4 薄膜的SEM 表征
• 4.3 本章小结
• 第5章 红外增反膜的制备与测试分析
• 5.1 单层膜光学常数的测定
• 5.2 增反膜的制备与测试结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢