發(fā)布時(shí)間：2020-04-29 11:55

【摘要】：隨著高功率激光裝置、紫外光刻、紅外光學(xué)探測(cè)及激光傳輸?shù)阮I(lǐng)域的快速發(fā)展,對(duì)光學(xué)薄膜器件的性能提出了越來越高的要求,而薄膜器件的光學(xué)損耗是限制其特性的主要因素之一。通過對(duì)光學(xué)元件表面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,確定影響因素進(jìn)而改善光學(xué)元件拋光工藝和鍍膜工藝,對(duì)降低薄膜光學(xué)損耗具有重要意義。本文主要研究利用散射測(cè)量對(duì)光學(xué)元件表面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的方法。近年來,光散射測(cè)量技術(shù)已經(jīng)迅速發(fā)展,它具有無接觸、可靠、高分辨率、高魯棒性等優(yōu)勢(shì),且可實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑光學(xué)元件表面的快速檢測(cè)。此外,由于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的散射數(shù)據(jù)是元件表面所有造成散射因素的綜合,這意味著添加合理的邊界約束條件對(duì)測(cè)得的散射數(shù)據(jù)求逆,可同時(shí)獲得元件表面多種缺陷信息,從而達(dá)到評(píng)估光學(xué)元件表面質(zhì)量的目的。因此,本論文通過對(duì)光學(xué)元件表面粗糙度和疵病的散射、光學(xué)薄膜的表面散射和體散射、及光散射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行深入的理論研究和應(yīng)用研究,并取得一系列創(chuàng)新性成果。第一,針對(duì)不含薄膜光學(xué)元件,提出更具一般性的Beckmann-Kirchhoff表面散射模型。目前,廣泛應(yīng)用于實(shí)際的隨機(jī)粗糙表面散射理論有三個(gè),其中RayleighRice理論限制于光滑表面,Beckmann-Kirchhoff理論僅適用于高斯分布粗糙表面,且限制于近軸假設(shè),Harvey-Shack理論的可應(yīng)用范圍最廣,但不提供解析解�；贖arvey-Shack理論,我們對(duì)Beckmann的表面散射模型進(jìn)行了修正,并將其推廣至與Harvey-Shack理論有相近的適用范圍。由于提供解析解,修正BeckmannKirchhoff模型可用于快速計(jì)算二維隨機(jī)粗糙表面的散射特性。第二,提出不含薄膜光學(xué)元件表面疵病的散射模型。以光學(xué)元件表面疵病的現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),建立光學(xué)元件表面疵病的統(tǒng)計(jì)模型,結(jié)合修正Peterson疵病散射理論,提出了光學(xué)元件表面疵病的散射模型,進(jìn)而討論了光學(xué)元件表面疵病的散射特性與表面質(zhì)量之間的定量關(guān)系。第三,針對(duì)已鍍膜光學(xué)元件,以修正Beckmann-Kirchhoff散射模型為基礎(chǔ),首次提出了光學(xué)薄膜的一階非近軸標(biāo)量散射理論。該理論可適用于光學(xué)薄膜表面散射和體散射角分布的計(jì)算,彌補(bǔ)了現(xiàn)有多層膜標(biāo)量散射理論難以計(jì)算散射分布的不足。與經(jīng)典矢量理論相比,它的優(yōu)勢(shì)是:基于傳統(tǒng)衍射光學(xué)的概念建立,更容易進(jìn)行拓展;不僅適用于單粗糙界面和高質(zhì)量薄膜,還適用于質(zhì)量較差的多層膜散射特性研究。進(jìn)一步地,針對(duì)減散射光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)方法也進(jìn)行了討論。第四,設(shè)計(jì)了可獲取光學(xué)元件表面多種缺陷信息的總散射測(cè)量?jī)x�；谛拚鼴eckmann-Kirchhoff表面散射模型,建立了測(cè)量不含薄膜光學(xué)元件表面均方根粗糙度的數(shù)學(xué)模型;基于修正Beckmann-Kirchhoff模型和光學(xué)元件表面疵病的散射模型,建立了測(cè)量不含薄膜光學(xué)元件表面疵病質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型;基于一階非近軸標(biāo)量散射理論,建立了測(cè)量鍍膜元件膜層界面相關(guān)度的數(shù)學(xué)模型�；谶@些模型,采用鏡面反射總散射的測(cè)量原理,設(shè)計(jì)了可提供光學(xué)元件表面多種缺陷參數(shù)的總散射測(cè)量?jī)x,同時(shí)對(duì)本儀器的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方案、測(cè)量方法及關(guān)鍵器件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了闡述。
【圖文】：

第 1 章 緒論在將極大地降低光學(xué)系統(tǒng)的光束質(zhì)量，而且可能誘導(dǎo)其他光學(xué)元件的損壞，使整個(gè)系統(tǒng)崩潰。因此，，在鍍膜前挑選高表面質(zhì)量光學(xué)元件作為基底是減少缺陷從而提高薄膜質(zhì)量的重要途徑。

節(jié)瘤缺陷的典型剖面圖[21]
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O484.41;TH74

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