大角度宽波带减反射薄膜的优化设计、制备和表征

论文摘要

本论文系统研究了渐变折射率大角度宽波带减反射薄膜的优化设计和制备工艺。以特性矩阵计算方法为基础,采用混合遗传算法,完成了以载玻片玻璃为基底的渐变折射率减反射膜系结构的优化设计。利用电子束斜角沉积技术获得了不同沉积角度下单层纳米柱状SiO2薄膜,利用场发射扫描电镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线能量色散谱（EDS）、光谱型椭圆偏振仪等测试仪器研究了所得薄膜样品的形貌、相结构、成分组成以及折射率色散情况。在此基础上,镀制了四层具有渐变折射率性质的减反射膜,并用紫外-可见-近红外分光光度计研究了其大角度、宽波带减反射效果。结果表明：（1）在玻璃基底上优化设计的具有折射率梯度变化性质的四层减反射膜系结构,理论上在入射角度为0～75°、波长为380nm～780nm的范围内总平均反射率可以达到0.21%。（2）制备的单层SiO2薄膜呈现纳米柱状结构,并随沉积角度的增大,其结构倾斜角随之增大。（3）在改变沉积角度的情况下,获得了折射率可在1.46～1.11之间任意可调的纳米柱状SiO2薄膜。并找到了折射率与沉积角度之间的对应关系,以及在特定沉积角度下实际厚度与晶振监控厚度的对应关系。（4）利用所得折射率的信息,参考优化设计的结构,成功获得了具有大角度、宽波段减反射特性的四层减反射薄膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 减反射薄膜的研究历史
• 1.2.1 均质减反射薄膜
• 1.2.2 渐变折射率减反射薄膜
• 1.3 减反射原理
• 1.4 渐变折射率减反射薄膜的研究现状
• 1.4.1 "蛾眼"效应
• 1.4.2 渐变折射率薄膜的理论设计方法
• 1.4.3 渐变折射率薄膜的制备方法
• 1.5 研究内容简介
• 第二章 膜系结构的优化设计及其算法的实现
• 2.1 薄膜光谱特性的计算
• 2.1.1 多光束干涉原理
• 2.1.2 薄膜特性矩阵
• 2.2 光学薄膜优化设计方法简介
• 2.2.1 设计方法发展历程
• 2.2.2 单纯形法
• 2.2.3 遗传算法
• 2.3 渐变折射率薄膜模型的建立
• 2.4 光学薄膜材料的选择
• 2.5 膜系结构的优化
• 2.5.1 评价函数的建立
• 2.5.2 程序运算
• 2.6 普通载玻片折射率的确定
• 2.6.1 透过率曲线反演
• 2.6.2 反射率曲线反演
• 2.7 优化结构的光谱特性分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 实验、检测设备以及斜角沉积系统
• 3.1 清洗设备
• 3.2 实验材料和试剂
• 3.3 检测设备
• 3.3.1 扫描电镜
• 3.3.2 X-射线衍射仪
• 3.3.3 椭圆偏振仪
• 3.3.4 原子力显微镜
• 3.3.5 分光光度计
• 3.4 镀膜设备
• 3.4.1 制备方法的选择
• 3.4.2 设备组成
• 3.4.3 相关设备工作原理
• 3.5 斜角沉积系统
• 第四章 单层低折射率薄膜的制备和表征
• 4.1 实验工艺流程
• 4.1.1 基片清洗
• 4.1.2 工艺参数初探
• 4.1.3 镀膜操作流程
• 4.2 实验结果分析
• 4.2.1 SEM分析
• 4.2.2 XRD、EDS分析
• 4.2.3 AFM分析
• 4.2.4 薄膜折射率分析
• 4.2.6 光谱特性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 四层减反射薄膜的制备和表征
• 5.1 实验制备
• 5.1.1 工艺参数
• 5.1.2 制备流程
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 SEM形貌分析
• 5.2.2 光谱特性分析
• 5.2.3 减反射机理初探
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 理论设计
• 6.1.2 实验制备
• 6.2 展望
• 硕士期间发表的论文
• 参考文献
• 致谢