光学表面等离子体加工机理研究

论文摘要

随着光学领域及其相关技术的发展,尤其是短波段光学和强激光技术的发展,要求光学元件表面粗糙度小于lnm,并且无表面及亚表面的损伤。等离子体加工是目前能够获得超光滑表面的一种新兴的、有潜力的加工技术。本文以等离子体加工装置为平台,研究了基片的表面处理技术和不同表面状况对等离子体去除速率和表面粗糙度的影响；分析探讨了不同工艺参数,包括气体流量、射频功率、磁场强度、抛光时间等与去除速率和表面粗糙度之间的关系。明确了等离子体特性与去除速率以及表面粗糙度之间相互依存的关系,初步揭示了光学表面等离子体加工机理。实验研究结果表明：采用100MHz等离子体电源加工效果优于13.56MHz；去除速率随氧气流量增加呈先上升后下降趋势,随射频功率增加呈上升趋势,随磁场强度的增加呈上升趋势；光学表面粗糙度随氧气流量的增加呈先上升后下降趋势,随射频功率增加呈下降趋势,随磁场强度的增加呈下降趋势；抛光20min后有明显的去除量,并且去除量随抛光时间线性增加,表面粗糙度下降,直到抛光80min后呈上升趋势；不同表面状况时,去除速率不同,当基片表面有乙二醇甲醚涂层时,去除速率最大达到6.7nm/min,表面粗糙度值达到最小为0.83nm(RMS)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外超光滑表面加工技术的发展
• 1.2.1 发展过程
• 1.2.2 国外几种非传统的抛光方法简介
• 1.2.3 国内超光滑表面加工的发展现状
• 1.3 论文研究主要内容及意义
• 1.3.1 论文研究的主要内容
• 1.3.2 论文研究的意义
• 1.4 论文章节安排
• 1.5 小结
• 2 等离子体加工光学表面技术
• 2.1 等离子体的基本概念
• 2.1.1 等离子体的定义
• 2.1.2 等离子体的产生
• 2.2 辉光放电
• 2.3 射频电容耦合放电等离子体
• 2.4 反应离子刻蚀
• 2.5 气—固相等离子体化学反应
• 2.5.1 等离子体与固体的反应类型
• 2.5.2 等离子体刻蚀中的化学过程
• 2.6 小结
• 3 课题方案论证
• 3.1 实验装置及技术路线
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 实验装置的改进
• 3.1.3 实验技术路线
• 3.2 表面检测装置介绍
• 3.2.1 Taylor Hobson非接触式检测仪
• 3.2.2 From TaitSurf Series 2轮廓检测仪
• 3.3 掩蔽层图形化工艺
• 3.3.1 实验设备及材料
• 3.3.2 掩蔽层薄膜图形化工艺流程
• 3.4 小结
• 4 等离子体去除速率的影响因素研究
• 4.1 等离子体去除速率影响因素的实验研究
• 4.1.1 实验研究过程
• 4.1.2 实验结果
• 4.2 实验分析
• 4.2.1 氧气流量对石英基片去除速率的影响
• 4.2.2 射频功率对石英基片去除速率的影响
• 4.2.3 磁场对石英基片去除速率的影响
• 4.2.4 抛光时间对石英基片去除速率的影响
• 4.2.5 起始表面状态对石英基片去除速率的影响
• 4.2.6 等离子体去除速率的工艺选择
• 4.3 实验结论
• 4.4 小结
• 5 等离子体抛光表面粗糙度的影响因素研究
• 5.1 等离子体抛光表面粗糙度影响因素的实验研究
• 5.1.1 实验过程
• 5.1.2 实验结果
• 5.2 实验分析
• 5.2.1 氧气流量对石英基片表面粗糙度的影响
• 5.2.2 射频功率对石英基片表面粗糙度的影响
• 5.2.3 磁场对石英基片表面粗糙度的影响
• 5.2.4 抛光时间对石英基片表面粗糙度的影响
• 5.2.5 起始表面状态对石英基片表面粗糙度的影响
• 5.2.6 等离子体抛光表面粗糙度的工艺选择
• 5.3 实验结论
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢