褶皺濾光膜是基于非均勻膜層設(shè)計(jì)的截止濾光片,能夠克服高、低折射率膜層分界面之間的躍變,有效降低高級(jí)次反射帶并完全抑制在設(shè)計(jì)中采用大折射率對(duì)比度結(jié)構(gòu)的二次諧波,在激光防護(hù)、光譜分析等領(lǐng)域具有重要作用。但是自然界中沒有任何材料在相同波段的折射率是連續(xù)變化的,導(dǎo)致褶皺濾光片的制備十分困難,因此探究非均勻膜層的制備方法具有重要意義。本課題通過調(diào)整非接觸式射頻加熱結(jié)構(gòu)的空心陰極等離子體源參數(shù),控制TiO_2薄膜的折射率,對(duì)制備的TiO_2薄膜的光學(xué)特性及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。利用X射線衍射儀對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,分析TiO_2薄膜的晶體形態(tài),選擇Stephen K.O'Leary、S.R.Johnson和P.K.Lim(OJL)模型和Kramers-Kronig Relationship(K-K關(guān)系)擬合薄膜的光學(xué)常數(shù)并應(yīng)用Clausius-Mosstti定律計(jì)算薄膜密度;通過調(diào)整等離子體源參數(shù)增大薄膜致密度,改變TiO_2薄膜折射率,薄膜逐漸由無定形的非晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w與晶體的混合結(jié)構(gòu),由此表明TiO_2薄膜的光學(xué)常數(shù)與等離子體源參數(shù)存在密切的線性關(guān)系。利用SEM觀察到TiO_2薄膜柱狀體變小,生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)更為致密,膜層密度由0.51增加至0.65,膜層表面更平滑,證明了等離子體源功率的增加能夠有效改善薄膜表面形貌。基于褶皺膜系設(shè)計(jì)理論,選取TiO_2的折射率范圍為2.00~2.42,通過Mathcad軟件進(jìn)行編程計(jì)算TiO_2層膜的折射率分布曲線,并完成褶皺濾光膜的設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)制備了符合光譜要求的類褶皺濾光片,從而充分證明采用新型等離子體源輔助沉積可以實(shí)現(xiàn)漸變折射率膜層的制備。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O484.41;TH74
【部分圖文】：

圖 1.1 離子源輔助沉積示意圖術(shù)應(yīng)用廣泛，電子束熱蒸發(fā)法、濺射法以及化能。而可供使用的離子源種類繁多，常用的包括源等，如表 1.1 所示。表 1.1 離子源性能對(duì)比子能量 離子密度 束流 發(fā)射低 大 高 大高 小 取決于能量 小高 大 小 大輔助沉積技術(shù)的廣泛發(fā)展，制備的薄膜性能越輔助電子束沉積，改善光學(xué)薄膜的性能，獲得漸狀Jacobson 就提出如果簡(jiǎn)單地使折射率在垂直于

薄膜的性能主要受薄膜本身結(jié)構(gòu)組成的影響，不同的生長(zhǎng)方式會(huì)生成不性能的薄膜。本章介紹了薄膜生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，作為后續(xù)分析薄膜晶體生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)從電磁理論出發(fā)，推導(dǎo)單層膜及多層膜的特征矩陣，作為探究褶皺濾光膜系設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。同時(shí)采用 OJL 模型和 K-K 關(guān)系，對(duì)薄膜的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行計(jì)膜生長(zhǎng)理論的成膜過程可以分為以下幾個(gè)階段：（1）表面吸附；（2）表面擴(kuò)散；（3）；（4）成核；（5）微觀結(jié)構(gòu)形成；（6）塊狀生長(zhǎng)；（7）成膜。生長(zhǎng)過程中作用的影響，薄膜生長(zhǎng)可以歸結(jié)為3類，分別是 Volmer-Weber型、Frank-V和 Stranski-Krastanov 型[32]。Volmer-Weber 型mer-Weber 模型闡明了薄膜島狀生長(zhǎng)模式，如圖 2.1 所示。當(dāng)薄膜材料和基性差時(shí)，膜料原子首先趨向于相互結(jié)合。該模型大多適用于金屬材料在生長(zhǎng)。對(duì)于膜層和基板來說，如果沉積時(shí)基底溫度足夠高，沉積原子具有動(dòng)，則薄膜的生長(zhǎng)模式為島狀生長(zhǎng)模式。

圖 2.3 Stranski-Krastanov 型，薄膜的性能同樣與沉積條件有關(guān)，采用電子束蒸發(fā)法制備的薄膜普遍，柱狀填充也是決定薄膜性能的關(guān)鍵。柱體之間有明顯的分界面，如圖 2圖 2.4 薄膜結(jié)構(gòu)區(qū)域模型[33]表明，電子束蒸發(fā)法沉積的薄膜結(jié)構(gòu)較為松散，柱狀體之間存在大量空隙
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2846471