光学薄膜界面粗糙度互相关特性与光散射

为了研究光学薄膜界面的互相关特性及光散射特性,介绍了光学薄膜的散射理论和模型。依据光学薄膜矢量散射的表达式,借助于总背向散射理论分析了光学薄膜界面互相关特性对光散射的影响,并用实验验证和分析了TiO2单层薄膜膜层厚度,K9玻璃基底粗糙度以及离子束辅助沉积(IBAD)工艺等因素对光学薄膜界面互相关特性的影响。结果表明,根据矢量光散射理论计算的光学薄膜界面互相关特性和光散射的关系与实验测量结果一致。随着基底粗糙度、薄膜光学厚度的增加,薄膜界面的互相关特性会变差,采用离子束辅助沉积的TiO2单层薄膜的膜层界面互相关性明显好于不用离子束辅助沉积的薄膜。     

斜角入射沉积TiO_2薄膜的光学特性和表面粗糙度

采用电子束热蒸发技术在K9玻璃基底上以不同的沉积入射角沉积了单层TiO2薄膜,研究了不同入射沉积角沉积的TiO2薄膜的光学特性、填充密度和表面粗糙度,并比较了不同膜层厚度下薄膜表面粗糙度与入射沉积角之间的关系。研究结果表明,随着入射沉积角的增加,TiO2薄膜的透射率增加,透射峰值向短波移动,薄膜的填充密度从入射沉积角0°时的0.801降低到入射沉积角为75°时的0.341;薄膜的表面粗糙度随着入射沉积角的增加而增加,当入射沉积角为75°时,薄膜的表面粗糙度略高于基底的表面粗糙度。在沉积入射角不变时,随着膜层厚度的增加,膜层的表面粗糙度降低。     

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。     

单层二氧化钛薄膜的偏振散射特性

为了用散射法研究单层薄膜表面粗糙度的变化规律,以光学薄膜矢量光散射理论为基础,分析了单层二氧化钛薄膜分别在完全相关和完全非相关模型下的偏振双向反射分布函数,以及P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp随散射方位角的变化关系。理论研究结果表明:随着散射方位角的变化,P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性。在完全相关模型下,随着入射角的增加,BRDFpp随着散射方位角变化时所出现的谷值会随着入射角的增加而减小。     

O2分压和退火对TiO2/SiO2纳米多层膜结构和光学性能的影响

利用Mass软件设计了TiO2/SiO2纳米多层光学增透膜膜系,并采用高真空电子束蒸发系统在不同O2分压条件下制备了TiO2/SiO2纳米多层膜,TiO2/SiO2薄膜多层膜体系在沉积条件下获得了很好的宽光谱光学透射性能,在可见光谱范围内透射率接近设计值,平均透射率达到90%以上。通过一系列测试方法对多层膜退火前后的透射率、组分结构和退火以后的残余应力以及表面形貌进行了研究。实验结果表明:在较高O2分压条件下,由于多层膜结构中O空位的减少,使得多层膜透射率逐渐增加。在退火条件下,随着退火温度的增加,导致了表面均方根粗糙度(RMS)的增加以及晶粒的聚集长大,500℃时多层膜组分结晶化明显加强,使得缺陷增多;同时受退火温度的影响,残余应力逐渐增加,组分相互扩散加剧使得多层膜界面受到破坏。这些因素最终导致TiO2/SiO2多层膜的透射率逐渐降低。     

波长为1.03nm的掠入射多层膜反射镜的设计

在软x射线短波段1.03nm处的掠入射多层膜反射镜的设计中，本文提出了一种理论设计的修改方法。该方法考虑了基底，膜层界面间的均方根粗糙度与反射率的影响，对界面的数学描述源于D.G.Sterns的散射理论。设计结果表明：要在1.03nm处制做较高反射率（10%）的掠入射多层膜反射镜，基底粗糙度小于0.56nm即可，使用超精加工的粗糙度为0.5nm的基片作为基底，沉积了多层膜反射镜后，其反射率结果是10%，与修改方法结果一致。     

热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响分析

采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了SiO2薄膜,研究了热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响。热处理温度对表面粗糙度影响较大,低温热处理可降低表面粗糙度,高温热处理则增大表面粗糙度,选择合适的热处理温度,可以使表面粗糙度几乎不变。采用X射线衍射仪（XRD）物相分析方法,分析了热处理对离子束溅射SiO2薄膜的无定形结构特性的影响,当退火温度为550 ℃,离子束溅射SiO2薄膜的短程有序范围最大、最近邻原子平均距离最小,与熔融石英基底很接近,结构稳定。实验结果表明,采用合适的热处理温度,能大大改善离子束溅射SiO2薄膜的结构特性。     

利用平滑层减小极紫外多层膜基底粗糙度的方法

在极紫外多层膜反射镜中,基底高频粗糙度是影响多层膜反射率的重要因素.通过在粗糙基底上镀制平滑层薄膜,可以有效降低基底粗糙度.叙述了平滑层减小多层膜基底粗糙度的原理,研究了不同镀膜工艺条件下平滑层对基底粗糙度减小效果的影响.结果表明,当工艺参数选择合适时,在粗糙基底上镀制平滑层,可以减小基底粗糙度.     

薄Si膜对基底表面粗糙度的影响

利用ＺＹＧＯ光学干涉测量仪，散射积分测量法观测了光学元件表面均方根粗糙度．详细分析了薄Ｓｉ膜对基底均方根粗糙度的影响，由此认为薄膜并不总是复制基底表面的粗糙度，结果出现了薄膜降低表面粗糙度的现象．提出了一定厚度范围的薄Ｓｉ膜的表面粗糙度存在着一个稳定值的新设想．     

高反射镜膜层应力耦合研究

为了控制高损伤阈值高反射镜膜层的应力,研究了沉积过程中沉积倾角、充氧量对高、低折射率单层膜应力大小的影响.研究发现这两个参数对控制薄膜应力有很大影响,SiO2薄膜在沉积倾角较小和充氧量增大时应力都逐渐减小,SiO2薄膜应力为压应力;HfO2薄膜在充氧量增大时薄膜应力变小,HfO2薄膜应力为张应力.因此,根据SiO2和H...