光学膜层材料及其应用

本文叙述的是制备干涉膜的电介质膜层,高反射金属膜层和中性密度滤光片和太阳眼镜的半透明膜层的材料的研究.它证明:改进真空沉淀技术和处理,比如用电子轰击蒸发,在最高真空条件下和最高速率的膜层沉淀,氧气又应蒸发和膜层沉淀后的紫外辐射,使膜层材料在光学应用上具有很大数量和质量的提高和改进.讨论了产生高透过率电介质膜层和高反射率金属膜层的某些重要因素,并叙述了适应于控制卫星和空间飞行器温度的膜层.     

30.4 nm正入射成像系统滤光片

多层膜反射镜是30.4 nm正入射望远镜的主要反射元件,但它在紫外、可见和近红外光波段也具有很高的反射率,需要滤光片来消除这些长波辐射,而滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起重要作用.根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料.在考虑透过率和膜强度的基础上,确定了滤光片的膜层厚度.改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,其波长扫描精度为±0.017～±0.097 nm,对所制备的铝滤光片进行25.6～1 000 nm波段的透过率测量,测量结果显示其在30.4 nm 处的透过率为58.85%.为了比较全面地反映该种滤光片的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段的透过率,其值接近零,证明了该滤光片可满足30.4 nm成像系统的需要.     

30.4nm正入射成像系统滤光片的研究

多层膜反射镜在30.4nm正入射望远镜上是主要的反射元件,但是它在紫外、可见和近红外光波段也同样有很高的反射率,因此需要滤光片来消除这些长波辐射。选择合适的滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起到重要的作用。本文根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料;考虑到透过率和膜的强度的需要,确定了滤光片的膜层厚度。改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,并且波长扫描精度为±0.17Å~±0.97Å,又用其对所制备的铝滤光片进行25.6 nm～1000 nm波段的透过率测量,测量结果显示它在30.4 nm 处的透过率为58.85%。为了比较全面地反映它的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段透过率,测量的透过率接近零,因此证明该滤光片满足30.4 nm成像系统的需要。     

真空镀膜的压电石英任意厚度控制及工艺

引言在真空镀膜中采用压电石英控制薄膜厚度,可以达到精度高、重复性好,还能实现任意膜层厚度的控制.曾利用此方法制备了相位滤频片,紫外窄带干涉滤光片,1.06μ消反射、高反射和具有特定反射率等膜系.还曾应用于有机化学材料(乙基含氢硅油)的薄膜厚度控制.     

真空紫外反射率的测定

研制了一台测定真空紫外反射率的仪器.在真空紫外区可测量各种反射元件在不同入射角下的反射率.用壁稳氩弧光源在100—200um区对Al十MgF₂薄膜和CVD法制备的SiC镜的反射率进行了测定.并与Al膜的理论反射率曲线做了比较.     

紫外-真空紫外波段的Al+MgF_2膜

Al+Mg F2 膜是真空紫外波段常用的一种反射膜。根据薄膜光学的电磁场理论计算了正入射条件下 Al+Mg F2 膜在真空紫外波段的反射率随氟化镁膜厚度的变化规律。研究了 Al+Mg F2 膜的制备工艺 ,利用 Seya-Namioka紫外 -真空紫外反射率计测得 Al+Mg F2 膜的反射率在 1 50 nm～ 34 0 nm的波段上高于 80 %。Al+Mg F2 膜制备一年后 ,其真空紫外波段的反射率未有明显变化     

彩色电视摄像机中棱镜分光膜的研制

一、为了把通过摄影物镜所摄取到的光线在三色分色中得到充分的利用,在分色措施中,采用了多层介质膜,多层介质膜的制备是依据计算所得到的数据制成的分色膜,它可使一部分光按照所需的光谱透过率τ(λ)透过(或按反射率ρ(λ)反射)其余的全反射(或透射)。按这一原理采用四分之一和八分之一波长控制制备了分色棱镜分光膜。这种棱镜分光膜,当光倾斜入射时较好的减小了方向效应和偏光效应。为了解决上述二效应,我们在设计(或计算)多层介质膜系和选择材料上予以充分考虑。通过对膜系中的每层光学厚度的计算和修正来减小偏振效应,以及采用偏振效应较小的膜系,解决方向效应的办法是采用我所制备的颜色玻璃作为修饰滤光片,使之减小干涉效应(而它与入射光线进入膜层的光程有关)。从而使同一组光线以不同方向入射这一膜层时,使出现的颜色差别减少。     

极紫外宽带多层膜反射镜离散化膜系的设计与制备

极紫外(EUV)宽带多层膜的光谱性能对膜厚控制精度要求较高,仅由时间控制膜厚的镀膜系统难以满足其精度控制要求。本文提出了基于进化算法的宽带EUV多层膜离散化膜系设计方法,与传统膜系设计相比,离散化膜系所制备多层膜具有更为优良的EUV反射光谱性能。为验证离散化膜系设计在宽带EUV多层膜研制中的优越性,采用磁控溅射方法对具有离散化膜系的宽带多层膜反射镜进行了制备和测试。测试结果表明:研制的宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～17°,高于41%的反射率;研制的堆栈宽角度多层膜反射镜可实现入射角带宽为0°～18.5°,高于35%的反射率;研制的宽光谱多层膜反射镜可实现波长带宽为12.9～14.9 nm,高于21%的反射率。     

紫外-真空紫外波段的Al+MgF2膜

Al+MgF₂膜是真空紫外波段常用的一种反射膜。根据薄膜光学的电磁场理论计算了正入射条件下Al+MgF₂膜在真空紫外波段的反射率随氟化镁膜厚度的变化规律。研究了Al+MgF₂膜的制备工艺,利用Seya-Namioka紫外-真空紫外反射率计测得Al+MgF₂膜的反射率在150nm～340nm的波段上高于80%。Al+MgF₂膜制备一年后,其真空紫外波段的反射率未有明显变化。     

宽带与超宽带减反射膜

本文主要是论述多层减反射膜的设计方法、制造与应用效果。在膜系设计中既要考虑减反效果又要考虑工艺简便,故采用四分之一波长整数倍膜系。膜系层数尽量少(三层到六层),就能使折射率从1.48至1.755的各种光学镜头的一个表面反射损失从3.75％—7.53％降低到0.35％以下。减反射光谱带宽可达到整个可见光谱区或从近紫外到近红外光谱区。因此这种膜系不仅对可见光谱区具有很好的使用价值,而且对各种倍频激光中消除杂光的干扰效果也非常显著。在设计中也考虑到恶劣环境中的使用,选用高熔点的氧化物与氟化物膜料。故膜层机械强度、化学稳定性与光学性能非常好。由于膜系设计考虑周到、镀制成品率很高、已经成批生产。在变形宽银幕放映机、电影洗片、照相复印机、高精度光刻机等光学系统中使用,证明效果非常显著。     

FY-2气象卫星扫描辐射计可见-近红外窗口滤光片的研制

FY-2气象卫星扫描辐射计可见—近红外窗口滤光片用来获取白天可见光和夜间近红外云图。介绍了窗口滤光片的设计和优化过程;材料的选择和匹配方案;膜层厚度的监控技术;真空室内不同位置基片均匀性的调整方法;滤光片光谱曲线和抗环境性能的测试和分析过程等。经光谱测试和环境可靠性实验表明,研制的该可见—近红外窗口滤光片满足空间工程的使用要求。     

小型高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件反射率测量的需要,搭建了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线一极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪工作波段为1～125nm,光谱分辨率〈0．08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13．5nm和30．4nm的Mo／Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0．5％,实现了对多层膜反射率的高精度测量。     

长春光机所软X射线-极紫外波段光学研究

综述了我所软X射线-极紫外波段关键技术的研究进展。描述了软X射线-极紫外波段光源技术,研制了工作波段为6~22 nm的微流靶激光等离子体光源;介绍了光子计数成像探测器技术,研制出了有效直径为25 mm,等效像元分辨率为0.3 mm的极紫外波段探测器;开展了超光滑表面加工、检测技术的研究,研制了超光滑表面抛光机,加工出高面形精度的超光滑表面,面形精度为6 nm(RMS值),表面粗糙度达0.6 nm(RMS值);进行了软X射线-极紫外波段多层膜技术的研究,研制出13 nm处反射率为60%的多层膜反射镜,150 mm口径反射镜的反射率均匀性优于±2.5%;最后,讨论了软X射线-极紫外波段测量技术研究,研制出该波段反射率计,其测量范围为5~50 nm,光谱分辨率好于0.2 nm,测量重复性好于±1%。在上述关键技术研究基础上,研制出了极紫外波段成像仪和空间极紫外波段太阳望远镜,这些仪器在我国空间科学研究项目中发挥了作用。     

小型的高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件高精度反射率测量的需要,建立了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线-极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson 247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪波段范围1-125nm,光谱分辨率小于0.08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13.5nm和30.4nm的Mo/Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0.5%。     

光谱范围为170—220nm 的高反板

本文指出使用 MgO 和 MgF_2能实现光谱范围为170—220nm 的高反射率多层介质膜堆。如果使用 MgF_2膜做其保护膜,该膜堆具有长期稳定性。由于这样处理,对于装在探测气球上的望远镜来说,可以获得的中心波长为185nm 的通带滤光片。     

17.1 nm极紫外滤光片的制备

为了预警空间天气，需对日地空间物理过程进行监测，极紫外（Extreme Ultraviolet, EUV）滤光片是极紫外成像仪其中的重要组成部分，用来去除太阳辐射光谱中的非工作波段的辐射。为了优化EUV滤光片在17.1 nm波长处的透过率，本文基于比尔-朗伯定律通过理论计算和软件模拟确定17.1 nm EUV滤光片的材料及厚度。首先，采用真空热蒸发的方式在熔石英基底沉积脱膜层和金属薄膜，成功制备了以镍网为支撑的EUV滤光片。经测试，滤光片在17.1 nm处的透过率约为43.81%，表面光滑平整且无明显针孔。接下来为了说明氧化层对透过率的影响，使用椭圆偏振光谱仪测量滤光膜样品，得到放置不同时间的氧化层膜厚，并测得粗糙度来优化模拟滤光片透过率。利用IMD拟合样品氧化层厚度及粗糙度，调整层厚达到与实际测量值最为接近的曲线。实验结果表明滤光片透过率的模拟值与测量值绝对误差约1%，符合良好。本文为17.1 nm EUV滤光片提供了制备方法以及优化思路，在空间探测领域有重要应用价值。     

改进型量子进化算法在宽带EUV多层膜设计中的应用

为提高基于量子进化算法(QEA)在宽带极紫外(EUV)多层膜设计中的求解效率和精度,本文利用宽带多层膜的光学性能评价函数的梯度信息改进QEA,建立具有明确进化方向的适用于宽带EUV多层膜设计的改进型量子进化算法(IQEA)。对比分析了基于IQEA和QEA的宽带Mo/Si多层膜的膜系设计过程和结果,结果表明,基于IQEA的多层膜膜系设计理论方法具有更优越的求解效率和精度;同时,IQEA同样可以小种群规模进行多参数优化。基于IQEA的宽带Mo/Si多层膜的设计理论实现了包括入射角为0°~18°,反射率达50%的宽角度多层膜,以及反射光谱带宽为13~15nm,反射率达25%的宽光谱多层膜的设计。基于IQEA的宽带高反射率EUV多层膜的理论膜系设计方法为复杂多层膜的理论设计提供了一种可供选择的高效膜系设计方法。     

近紫外区宽带反光镜的膜系优化设计与制备

依据紫外光学系统中紫外反光镜的使用要求,并结合汞灯发光光谱,提出了R93%@300~450 nm(R为反射率);T_(avg)85%@500~1 000 nm(T_(avg)表示平均透过率)的近紫外区宽带高反射率的设计指标。选用Ta_2O_5和SiO_2分别作为高低折射率材料,并采用正交试验法确定了Ta_2O_5和SiO_2膜料的折射率、消光系数和制备工艺参数。在规整周期性膜系的基础上,利用膜系设计软件进行优化设计,同时分析了膜层的敏感度,保证了镀制的可重复性。通过曲线测试和环境试验结果表明,该膜系满足设计使用要求。     

不同本底真空度对SiC/Mg极紫外多层膜性能的影响

摘要：为研究SiC/Mg极紫外多层膜光学性能随制作时不同本底真空度的变化,利用直流磁控溅射方法在不同本底真空条件下制备了峰值反射波长在30.4nm的SiC/Mg周期膜。X射线掠入射反射测试结果表明不同本底真空度条件下制备的SiC/Mg周期多层膜膜层质量有明显差异。用同步辐射测试了SiC/Mg多层膜在工作波长处的反射率,本底真空度为6.0E-5 Pa时的SiC/Mg周期膜反射率为43%,而本底真空度在5.0E-4 Pa时的SiC/Mg多层膜反射率仅为30%。同步辐射反射曲线拟合结果表明：反射率随着本底真空度降低的原因是由于多层膜Mg膜层中Mg的氧化物含量增多造成的。     

软X射线共振反射方法表征Sc/Si多层膜界面化合物成分的计算研究

Sc/Si周期多层膜是极紫外波段的重要材料,但膜层界面处材料原子间的扩散与化合反应严重影响了多层膜反射率。为了无损表征多层膜界面化合物的成分,利用软X射线共振反射的方法,研究了Sc/Si多层膜界面化合物成分。在Si的L吸收边附近,计算了不同周期厚度以及不同界面硅化物成分的Sc/Si多层膜的共振反射率。结果表明,界面硅化物成分不同的膜系在Si的L边处的反射率有明显差异,并且反射率随着膜层中Si化合反应的消耗而降低,证实了软X射线共振反射方法在亚纳米尺度下对化合物的成分进行无损分析的可行性,为后续的实验研究提供参考。