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。     

多层介质薄膜膜层间界面粗糙度及光散射

利用泰勒霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪(Talysurf CCI)分别对基底和采用电子束热蒸发技术沉积的15层二氧,化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)为膜料的介质高反膜的膜层间的界面粗糙度进行了研究,并对不同工艺下沉积的薄膜界面粗糙度以及不同基底粗糙度上沉积的薄膜的表面粗糙度进行了比较.实验结果表明:TiO2薄膜对基底或下表面粗糙度有较好的平滑作用,随着TiO2和SiO2膜层的交替镀制,膜层间表面粗糙度呈现出低高交替的现象,随着膜层层数的增加,膜层间界面粗糙度低高变化范围减小;采用离子束辅助沉积工艺时,膜层问界面粗糙度低高变化范围较小.总散射损耗的理论计算表明:中心波长处完全非相关模型下的总散射损耗小于完全相关模型下的总散射损耗.实验结果表明:界面粗糙度的相关度约为0.4.     

光学薄膜任意厚度控制方法的研究

对于特定要求光谱特性的光学薄膜,需要用电子计算机进行设计。薄膜可供调整的参数是薄膜材料的折射率和几何厚度。在实际工作中,由于可供选用的镀膜材料有限,通常把各层膜的厚度作为校正参数。因而自动合成设计的膜系所得到的光学厚度值一般不是λ/4或λ/2厚度的整数倍,通常为非等厚的多层膜组成。这种薄膜与经典的λ/4膜系相比,具有层数少,厚度薄,膜层吸收少,易牢固,能给出宽广的光谱特性。但由于膜层是非λ/4膜系,给薄膜制备时厚度的     

电介质膜增强的Goos-Hnchen位移的微波测量

如果在折射率较高的电介质基底上镀一层折射率较低的电介质薄膜(介质膜的另一侧为折射率更低的介质,如空气),并且恰当选择基底内光束的入射角,使得光束在基底-介质膜界面上折射到薄膜内、在薄膜-空气界面上全反射,那么反射光束的Goos-Ha¨nchen(GH)位移在一定条件下会得到共振增强。采用微波技术直接地测量了这种Goos-Ha¨nchen位移随电介质膜厚度的变化,测量结果与理论预言吻合得较好。     

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。     

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。     

电介质膜增强的Goos-H(a)nchen位移的微波测量

如果在折射率较高的电介质基底上镀一层折射率较低的电介质薄膜(介质膜的另一侧为折射率更低的介质,如空气),并且恰当选择基底内光束的入射角,使得光束在基底-介质膜界面上折射到薄膜内、在薄膜-空气界面上全反射,那么反射光束的Goos-H(a)nchen(GH)位移在一定条件下会得到共振增强.采用微波技术直接地测量了这种Goos-H(a)nchen位移随电介质膜厚度的变化,测量结果与理论预言吻合得较好.     

YbF3和ZnS薄膜的折射率和厚度的分光光度法测定

本文给出了一种简单而准确地确定光学薄膜折射率和厚度的方法。利用分光光度计分别测量光学薄膜样品以及基底透射率曲线,采用柯西（Cauchy）色散模型以及非线性单纯形优化法对透射率测量曲线进行拟合,从而确定薄膜的光学常数和厚度。采用电子束热蒸发和电阻热蒸发方法,分别在CaF2基底上镀制ZnS薄膜和在Al2O3基底上镀制YbF3薄膜,通过测量其在400nm-2600nm波段内的透射率曲线,计算出ZnS和YbF3薄膜材料的折射率色散曲线以及膜层厚度。     

遗传算法设计电磁屏蔽减反膜

将电磁屏蔽层ITO薄膜作为一层光学薄膜,与TiO2、SiO2、MgF2一起,设计了宽带电磁屏蔽减反膜。给出了含有单层、双层、三层ITO的电磁屏蔽减反膜的膜系结构,其在可见光范围内剩余反射率均小于0.5%,满足ISO9211标准。该薄膜既具备光学减反效果,同时又具备电磁屏蔽功能,可以用作电磁屏蔽视窗。     

热蒸发紫外LaF3薄膜光学常数的表征

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上,采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品,利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数,计算得到其在185～450nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明,当膜层厚度较薄时,LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加,薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后,拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好,提高了薄膜光学常数的计算精度。     

Optical properties of PECVD dielectric thin films: thickness and deposition method dependence

Low-k dielectric carbon doped silicon dioxide films 105-1255 nm in thickness, prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in a six-station sequential deposition system and in a single deposition station, have been investigated for their optical properties using an optical spectrometer coupled with a hot stage. A decrease in refractive index, n, for films with six sub-layers compared with films with a single layer of similar thickness has been observed. This decreased refractive index is thought to be caused by the different effect of crystallinity of the substrate, as a film interface effect is introduced due to the different deposition methods. Both types of PECVD thin films show an increasing refractive index with increasing thickness, which could be attributed to the increased effective density with the increased thickness indicated from Fourier transform infrared spectroscopy microstructure analysis. Cauchy dispersion function is found to be valid for films within all the thickness range and with different deposition methods from visible spectrum to IR spectrum. The refractive index is found to decrease as the temperature increases from 25 to 450 °C at a fixed wavelength for all the films.     

缺陷诱导光学薄膜光场增强损伤分析

高损伤阈值的光学薄膜是高功率激光系统的关键器件。众多研究显示,纳米量级的缺陷是光学薄膜激光损伤的主要诱因,是制约光学薄膜向高损伤阈值发展的主要因素。基于有限差分时域方法分析了纳米大小的缺陷诱导SiO₂光学薄膜的局部光场增强导致的激光损伤。结果显示:缺陷的存在使SiO₂单层薄膜的光场分布发生了变化,无缺陷的SiO₂薄膜峰值光场位于膜层表面,而有缺陷的SiO₂薄膜峰值光场位于缺陷与薄膜的边界处,光场增强了约2.3倍;同时缺陷诱导的光场局部增强不仅依赖于缺陷与膜层之间的相对折射率,而且也依赖于缺陷的大小、缺陷在膜层中的分布深度,以及入射激光波长。缺陷与膜层的相对折射率越大,缺陷的直径越大,缺陷在膜层中的深度越小,入射激光波长越短,光场增强越大。研究结果显示光学薄膜中纳米大小的缺陷诱导的光场增强不可忽视,在研究光学薄膜的激光损伤过程中应予以考虑。     

Optical fiber hydrogen sensor based on light reflection and a palladium-sliver thin film

Thin alloy films of palladium(Pd) and silver(Ag) are deposited onto glass substrates via the direct current(DC) magnetron technique.The hydrogen sensor probe consists of optical fiber bundle and Pd/Ag optical thin film.when the sensor is exposed to hydrogen,the refractive index of Pd/Ag optical thin layer will diminish and cause attenuation changes of the reflective light.It is observed that the thickness of Pd/Ag alloy layer can affect the hydrogen sensor signal.Under different substrate temperatures,several Pd/Ag samples are coated with different thicknesses of Pd/Ag alloy,and the results of a hydrogen sensor based on reflective light from the Pd/Ag alloy thin film are discussed.     

含氢非晶碳膜(a-C:H)红外光学特性的研究

采用端部霍尔离子源在硅基底上制备了含氢非晶碳膜（a-C:H）,并测量了4 000~1 500 cm-1的红外透射光谱。基于单层薄膜的透射关系,获得了仅有六个拟合参数的光学常数计算模型。利用该模型,可以同时获得薄膜在宽波段范围内的光学常数和厚度:折射率的最大值为1.94,消光系数的最大值为0.014 9,拟合薄膜厚度为617 nm 。     

TFT-LCD阵列穿透率提升的研究

提高薄膜晶体管液晶显示器阵列基板的光利用效率的主要方法是提高开口率和穿透率。文章制作了低温多晶硅阵列穿透区多层膜,考察膜层以及结构对穿透率的影响,研究阵列光线穿透率提升的方法。结果表明,层间介质层（ILD）完成后不同折射率膜层接口对穿透率影响较大,平坦层（PL）的厚度对穿透率没有明显影响,导电膜氧化铟锡（ITO）厚度增加,穿透率下降。通过在阵列穿透区减少膜层数量和改变膜层组分,减少折射率差异较大的界面,可增加穿透率7%左右。     

强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的测量新方法

提出了一种同时测量强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的方法。对生长于强吸收衬底上的透明薄膜,提出在该薄膜上镀一层薄金属,形成金属-薄膜-强吸收衬底的类波导结构。由于小角度入射光在强吸收衬底上具有较强的反射率,使该结构可容纳一系列共振模。利用自由空间耦合技术和导出的共振模模式本征方程,同时确定透明薄膜的厚度和折射率。实验中测量了硅衬底上制备的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的折射率和厚度,测量的相对误差均小于10-3。该方法具有简便、可靠、可测量任意折射率薄膜的优点。     

Morphological study of F8BT:PFB thin film blends

We have studied the thin film morphology of a semiconducting polymer photovoltaic blend comprising an electron acceptor poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT) and the donor poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis-N,N′-(4-butylphenyl)-bis-N,N′-phenyl-1,4 phenylenediamine) (PFB). The molecular weight and blend weight ratio of the constituent polymers were used to modify the morphology. The average chemical composition of the bulk of F8BT:PFB blend in thin films was mapped using Raman microscopy at different depths from the air-film interface through controlled successive etching from the upper surface layer using an oxygen plasma. Correlating the lateral to the vertical Raman analysis of the phase separation of the film (blend weight ratio of 50:50) reveals that the μm scale de-mixed lateral phase structure seen on the free surface is present throughout most of the film thickness, though there is also some F8BT content within the PFB-rich wetting layer on the glass substrate, which we consider is due to the F8BT-rich interface at the surface to the substrate. The dependence of photovoltaic performance on morphology is discussed.     

SiO2薄膜折射率的准确拟合分析

精确的光学常数对于设计和制备高品质的光学薄膜非常重要,尤其是那些光学性能对折射率变化敏感的薄膜。SiO_2是一种常用的低折射率材料,因与常用基底折射率相近使其准确拟合有一定难度。实验通过离子束溅射制备了SiO_2单层膜。考虑测量时的误差和基底折射率的影响,采用透射率包络和反射率包络得到了SiO_2的折射率,并用所得折射率进行反演来对这两种途径在实际测量拟合过程中的准确性进行比对。分析表明,剩余反射率在实际的测量过程中误差更小,直接用测量镀膜前后基片的剩余反射率值可以更简便更准确地得到SiO_2的折射率,能达到10~(-2)的精度。     

基于光场分布的光学邻近效应校正

本文基于改善光场分布的考虑，在掩模上添加了适当的散射条和抗散射条，成功地改善了像面的光场分布，达到了光学邻近效应校正的目的。