HfO2高激光损伤阈值薄膜的制备及特性研究

采用水热合成技术,制备了HfO2胶体,用旋涂法镀制了单层HfO2介质膜.采用XRD,椭偏仪,红外光谱(FTIR)等方法对薄膜进行了测试和表征,用输出波长为1 064 nm,脉宽为10 ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试其激光损伤阈值.研究了热处理温度对薄膜厚度、折射率、红外光谱、晶态以及激光损伤阈值的影响,并对薄膜的激光损伤形貌进行了分析.研究结果表明HfO2薄膜的折射率可达到1.655;采用150 ℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值,此时薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm2(1 064 nm,10 ns),大大高于物理法制备的HfO2薄膜的激光损伤阈值(8.6 J/cm2,1 064 nm,12 ns).     

碱催化制备溶胶-凝胶ZrO2薄膜及性能研究

以Zr(OC3H7)4为前驱体,二甘醇为络合剂,在氨水的碱性条件下,水解制备ZrO2溶胶,并加入聚乙烯吡喏烷酮(PVP)来提高膜层的激光损伤阈值,提拉法涂膜.采用粘度、粒度分布、IR、DSC、XRD、AFM等测试手段对溶胶和薄膜性能进行表征.结果表明,ZrO2溶胶具有较好的粘度稳定性;薄膜表面均匀平整;ZrO2-PVP溶胶颗粒粒径分布比ZrO2溶胶的集中;ZrO2凝胶粉在329℃附近由非晶态转变为四方晶相结构,在600℃时已有单斜晶相结构出现,随温度的升高由四方晶相向单斜晶相结构转变;加入PVP能有效提高膜层的激光损伤阈值,ZrO2膜的激光损伤阈值为10.2 J/cm2(1064nm,1 ns),ZrO2-PVP膜的激光损伤阈值为14.17 J/cm2(1064nm,1ns).     

激光物理气相沉积Al_2O_3薄膜

介绍了激光物理气相沉积设备的研制及利用所研制的设备和CO2气体激光器在Ni与SiO2基片上沉积Al2O3薄膜的方法．探索了激光物理气相沉积Al2O3薄膜的工艺,分析了Al2O3膜层的结构并初步测试了膜层的绝缘性、高温抗氧化性及耐腐蚀性．     

Al2O3与LaF3薄膜在紫外波段的特性研究

用电子束蒸发方法制造了Al2O3、LaF3单层膜,对比研究了沉积速率和基板温度对薄膜紫外（193 nm）光学特性、微结构的影响.实验结果表明,LaF3在紫外波段的光学损耗明显小于Al2O3.AFM测试发现,在相同的工艺条件下,Al2O3表面粗糙度大于LaF3,且3薄膜表面粗糙度随基板温度增加而增加.Al2O3薄膜在紫外波段的光学特性严重依赖于沉积速率等制备条件,而沉积速率对3薄膜特性的影响不明显,即使是在5 nm/s的速率条件下,LaF3仍具有良好的光学特性.X射线衍射（XRD）测试发现,电子束蒸发制备的Al2O3薄膜为非晶态,LaF3薄膜有结晶现象.     

介质钝化对铝薄膜温度分布的影响

本文采用有限差分法,数值研究了具有介质钝化层的铝薄膜上的瞬态温度分布,着重研究了介质膜种类及厚度对这一分布的影响。结果指出,采用高热导率的Si₃N₄（或Al₂N₃）介质膜钝化,可以大幅度地降低铝薄膜的峰值温度及温度梯度。这对提高铝膜的电徙动寿命及抗电流浪涌能力是非常有益的。     

可见光范围镀铝反射率的研究

介绍在可见光范围内,在玻璃基底上制备铝膜,保护膜采用高反介质膜堆.采用离子辅助手段,使其反射率在450nm～750nm波长范围内提高到95%左右.同时讨论了膜料的选择、膜系的设计、工艺参数的优化及基片清洗等问题.     

Cu（Al）／SiO2复合薄膜及显微特征

采用真空离子镀膜机在SiO2玻璃基片表面分别蒸镀Cu和Al薄膜,3组参数6次制备12个铝或铜薄膜试样．实验表明：相同工艺条件下,铝膜较铜膜附着力更强,膜厚更大,更易形成薄膜且结构均匀致密．经测试可知：当铝膜的轰击电压为175V,烘烤电压为160V,蒸镀时间为2h、铜膜的轰击电压为200V,烘烤电压为100V,蒸镀时间为1．8h,制得的样品纯度高,杂质含量少,微观结构与膜厚最理想,界面结构规范,平滑,吸附力强,薄膜界面微观粗糙性和形状较佳．     

10.6μm激光分束镜的研制

本文针对激光分束镜的使用要求,着重介绍了10.6μm处1∶1分光且误差不超过±5%薄膜的研究与制备工艺。根据膜系设计基本理论,分别选取Ge和ZnS作为高、低折射率材料,借助膜系设计软件设计满足要求的膜层,并采用电子枪离子辅助沉积系统进行制备。通过优化镀膜工艺参数,在ZnS基底上制备了10.6μm处（透过率/反射率=49.5∶50.5）满足使用要求的薄膜,膜层具有较好的光学性能,其抗激光损伤、牢固度等性能指标均满足要求。     

自聚焦透镜滤光膜的研制

针对光纤通信系统中自聚焦透镜滤光膜的工作要求,设计了用于激光波段808nm的窄带滤光片,要求808nm处的透射率不小于90%,半峰值宽度为10nm。选取了激光损伤阈值较高的Ta2O5和SiO2作为高低折射率材料,借助膜系设计软件设计膜系。采用电子束真空镀膜的方法,同时加以离子辅助沉积,调整镀膜工艺参数,改进膜厚控制方法,提高了膜厚的控制精度,减少了中心波长的漂移量和膜层的吸收。该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求。     

激光预辐照提高ZrO_2薄膜损伤阈值的研究

为了探究激光预辐照的工艺参数对提高光学薄膜抗激光损伤性能的影响,在1064nm的Nd∶YAG激光器组成的薄膜阈值测试平台上,对电子束热蒸发镀制的ZrO2单层薄膜进行了小光斑扫描的激光预处理.研究了不同能量阶单次扫描、单一能量阶多次扫描及不同能量阶多次扫描的激光预辐照对薄膜损伤阈值的提高效果.结果表明：不同能量阶单次扫描中,提高阈值效果最好的是采用原始样片损伤阈值的39%的能量扫描,可提高阈值13%;采用39%的阈值能量阶进行了多次预辐照实验,扫描3次效果最好,阈值提高了56%;在能量递增的多次预辐照实验中,递增能量多次预辐照与单一能量阶多次预辐照的预处理效果相似.     

AlN薄膜的制备与绝缘性能研究

利用射频反应磁控溅射在(100)Si衬底上沉积了AlN薄膜.通过AFM,XPS,C-V及抗电测试研究了薄膜的表面形貌、成分、介电常数及抗电强度,并研究了快速热退火(RTA)对薄膜性能的影响.通过不断地改进实验参数制备出的薄膜抗电强度为13-15 MV/cm,薄膜的相对介电常数为4.22,XPS测试与分析表明薄膜中不含Al单质,且Al2p的75.1 eV的峰值表明薄膜表面已被部分氧化;薄膜的退火分析表明1 000 ℃左右的退火温度有利于提高薄膜的抗电性能.     

ZnS薄膜在532nm波长激光辐照下的光谱透射及激光损伤特性

为探究ZnS薄膜的激光辐照效应,采用热蒸发沉积技术制备了ZnS薄膜,探究了薄膜在532nm波长激光诱导辐照下,不同能量阶和不同脉冲数对薄膜折射率、消光系数、损伤形貌、表面粗糙度和激光损伤阈值的影响。研究结果表明:ZnS薄膜的平均损伤阈值为1.59J·cm-2,用平均阈值能量的60%对薄膜进行辐照处理后,可将ZnS薄膜在532nm处的折射率从2.360 4提高到2.384 9 (15脉冲辐照)。用5脉冲辐照薄膜表面后,薄膜的消光系数会随着激光能量的增加而减小。532nm激光辐照下,ZnS薄膜经历了从轻度损伤到极度损伤的缓慢演变阶段。在5脉冲的基础上,增加激光的辐照能量会使薄膜的表面粗糙度Ra下降,最大可由1.52nm下降到0.429nm。     

离子束溅射沉积Al2O3纳米薄膜AFM及XPS分析

在单晶Si基片用离子束溅射沉积法制备了1～100nm的Al2O3纳米薄膜.利用原子力显微镜分析和研究了不同厚度Al2O3纳米薄膜的表面形貌,并用X射线光电子能谱(XPS)仪和X射线衍射仪分别对100 nm的Al2O3纳米薄膜表面结构和成分进行了表征,结果表明:薄膜厚度在1～50 nm范围时,颗粒形态随着薄膜厚度的变化逐...     

高能激光薄膜损伤检测及其制备关键技术

正为了满足特定的光学性能,光学元件表面均需要涂覆薄膜。随着大功率、高能量激光系统的发展,传统光学薄膜的抗激光能力受到了挑战:一是薄膜在强激光作用下是否损伤的评判以及抗损伤能力的测试问题,二是高损伤阈值薄膜的制备问题,目前国内尚没有有效的检测手段和测试设备。西安工业大学研究了激光薄膜损伤阈值的测试标准及规范,发展和丰富了散射法、等离     

DLC薄膜

DLC薄膜作为新型红外材料,不仅硬度高、耐磨损、抗腐蚀,同时透明区较宽,光学带隙大,而且具有很高的抗强激光损伤阈值,可作为各种受强激光作用的工作表面膜层以及军用车辆和飞行器的红外窗口保护膜.     

磁控溅射Al/Pb纳米多层膜调制结构研究

用磁控交替沉积制备Al/Pb纳米多层膜,运用XPS,AFM,TEM考察表面状况及膜结构.结果表明,实验条件下,当Al层厚60 nm时,Pb子层标定厚度从20 nm增至30 nm,可形成较完整埋层调制结构.随Pb层厚度增加,连续性变好、表面糙度降低,Al层对Pb层表面糙度克服能力提高,改善层状结构完整性.多层膜中Al,Pb子层均存在(111)择优取向特征,由fcc结构的表面自由能最小化引起.     

基于反射光谱的单层抗反射膜的非在位膜厚精确控制

提出一种基于反射光谱分析的非在位膜厚控制技术,首先利用椭圆偏振光谱仪确定波长300～1 700 nm范围内的薄膜折射率,由此确定对应于特定波长(如1 550 nm)的最佳抗反射(AR)镀膜沉积条件。然后计算最佳AR镀膜厚度所对应的反射谱,得到相应的CIE标准色谱坐标。通过对比实测镀膜颜色和计算得到的最佳颜色,可以实现小尺寸器件端面上AR镀膜厚度的优化控制。利用这一方法,由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备的SiNx单层AR镀膜,获得了4.4×10-4的反射率。     

抗激光损伤薄膜的研究

针对工作波长为532nm和1064nm的Nd:YAG倍频激光器,以防护人眼为目的,设计并优化倍频膜系,选用Ta2O5和S iO2作为镀膜材料,采用等离子体辅助蒸发系统制备波长532nm和1064nm处同时高反射的抗激光损伤薄膜。从设计和制备两方面研究提高抗激光损伤阈值的方法,并给出最终设计曲线及实测曲线。     

金刚石薄膜热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学法(NEMD),利用Tersoff势能函数,通过固定边界模型和常热流法,模拟了金刚石薄膜的微尺度导热过程.根据薄膜内的温度梯度和通过薄膜的热流,采用Fourier定律计算某一给定状态下的薄膜热导率.计算结果表明:厚度在2~8 nm,温度在400 K状态下,金刚石薄膜的热导率与厚度成近似线性变化;薄膜厚度和热流一定,温度400~1 200 K时,金刚石薄膜的热导率随温度的升高,温度增至1200 K时热导率趋近于一个常数.     

1μm激光对光学薄膜的损伤

本文采用不同的高折射率薄膜材料,分别镀制了增透模和高反模,送往三个不同的实验室,在不同条件下进行了1μm的损伤阈值测试,对薄膜的弱吸收也进行了测试,并比较了膜系结构、薄膜材料、吸收和薄膜缺陷密度对其激光损伤阈值的影响。