CdTe薄膜的红外光学特性研究

用干涉法研究了热蒸发（ＰＶＤ）方法制备的ＣｄＴｅ薄膜材料的红外光学特性．通过对不同基板温度和不同薄膜厚度ＣｄＴｅ薄膜样品的研究，确定了在薄膜沉积过程中基板温度和膜厚对ＣｄＴｅ薄膜红外光学特性的影响．发现ＣｄＴｅ薄膜具有一定的非均匀性，其折射率随着薄膜厚度的增加而减小．在１２０～２００℃范围内，基板温度对ＣｄＴｅ薄膜红外光学特性的影响不大．

光线弯曲对激光测量热钢板厚度的影响

以无热源大平面空气壁模型,用传热学理论计算了大平面热钢板附近空气的一维温度分布,从而得到了大平面热钢板附近空气的一维折射率分布。利用光线折射理论,求出了光线的传输路径和像点的偏离量。分析和计算表明:当钢板温度、测量角和测量距离等参数增大时,像点偏离值就随着增大。对于钢板激光测厚系统,采用单表面单光路时,光线弯曲引起的测量误差较大,并且基本不随测量厚度减小而减小。采用完全对称的双面双光路时,左右光路的像点偏离正好抵消,光线弯曲引起的测量总误差很小,而且随测量厚度减小而减小。

ZnS薄膜沉积过程的基材效应

采用热蒸发及离子束辅助沉积技术制备了单层ZnS薄膜,研究了Si、Ge、K9及石英玻璃基材对薄膜沉积速率及光学特性的影响。采用椭偏法拟合了薄膜的厚度和折射率,分析了不同基材上沉积薄膜的色散特性。研究结果表明,薄膜的生长存在明显的基材效应,无论室温沉积、基温200℃,还是采用离子束辅助沉积,石英基材上均具有最高的沉积速率。室温沉积时,4种基材上薄膜的沉积速率差为3.3 nm/min,加热进一步扩大了这种差异(5.2 nm/min),而离子束辅助则在一定程度上缩小了这种差异(1.86 nm/min)。在室温下,石英基材上沉积的ZnS薄膜具有最低的折射率,其他几种基材上折射率差异不大。加热会使Si、Ge及K9玻璃上的折射率差异变大,与石英玻璃上薄膜折射率差异减小,离子源的使用则进一步缩小了这种差异。透射率光谱测试证实了这一结果。

基片温度对磁控溅射沉积二氧化硅的影响

本文详细地研究了基片温度对磁控溅射沉积二氧化硅的影响,随着基片温度的增加,溅射沉积速率下降明显,薄膜的折射率也出现上升趋势,薄膜也由低温时的疏松粗糙发展为致密光滑。250℃时的溅射沉积速率仅为室温时的1/3,由此,针对间歇式在大面积玻璃上沉积二氧化硅薄膜,我们采取了沉积完ITO薄膜后,先快速降温,再沉积二氧化硅的工艺。

衬底温度对HfO_2薄膜结构和光学性能的影响

采用直流磁控反应溅射法,分别在室温,200,300,400和500℃下制备了HfO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)、椭圆偏振光谱(SE)和紫外可见光谱(UVvis)研究了衬底温度对HfO2薄膜的晶体结构和光学性能的影响。XRD研究结果显示:不同衬底温度下制备的HfO2薄膜均为单斜多晶结构;随衬底温度的升高,(-111)面择优生长更加明显,薄膜中晶粒尺寸增大。SE和UVvis研究结果表明:随衬底温度升高,薄膜折射率增加,光学带隙变小;制备的HfO2薄膜在250～850nm范围内有良好的透过性能,透过率在80%以上。

电子束蒸发工艺对MgF2薄膜光学性能的调制与分析

电子束蒸发技术中,电子束流和衬底温度将显著影响薄膜生长过程及其性能。研究了核心工艺参数电子束流和衬底温度对MgF2薄膜光学性能的影响与规律,结果显示提高电子束流和衬底温度均可导致其折射率和色散率的增大、反射率的降低。改变上述工艺参数均可实现对其折射率、色散率及反射率的调制。由于衬底温度对色散率的影响较为显著,因此改变衬底温度对其折射率的调制更加有效。MgF2薄膜折射率变化对多层膜的反射率有较强影响,调节沉积MgF2时的工艺参数有助于降低多层减反射膜的平均反射率。

蓝宝石衬底损伤层厚度和折射率的椭偏测量

为了定量测量蓝宝石衬底在化学机械抛光过程中产生的损伤层厚度d和折射率n,提出了一种光谱椭偏测量法。首先,测量蓝宝石衬底反射光谱(波长范围:250~1650 nm)偏振态的改变量(即振幅比和相位差);然后,通过光学建模和测量数据反演,获得损伤层d和n。实验研究了Al_(2)O_(3)和SiO_(2)两种磨料加工蓝宝石衬底损伤层d和n的变化趋势,前者d呈现波动趋势且最小值(约1.4 nm)出现在40 min左右,后者d持续下降,在20 min接近1 nm;二者损伤层n均小于蓝宝石晶体n。另外,实验和仿真分析结果表明相位差与厚度变化趋势一致,因无需建模反演,可作为快速表征损伤层d变化趋势的参量。总之,所提方法作为光学无损测量模式,适用于加工过程监测。

在线Low-E镀膜玻璃膜层颜色变化与光学厚度的调整

分析了在线Low-E颜色的调整方向,通过控制遮盖层厚度和折射率,通过控制功能层厚度,使整体颜色达到目标值。

脉冲激光沉积制备TiO_2薄膜的性能

采用脉冲激光沉积(PLD)的方法在玻璃衬底上制备了二氧化钛薄膜,研究了基片温度和氧压对薄膜表面形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明:当基片温度低于300℃或高于400℃时,二氧化钛薄膜的折射率都随着基片温度的升高而增大;基片温度处于300℃～400℃之间时,折射率随着基片温度的升高而降低;基片温度为300℃时,折射率最大。薄膜的折射率随着氧压的增大而减小。X射线衍射仪(XRD)显示薄膜在基片温度低于300℃时为非晶态结构,在300℃时出现了锐钛矿结构,当基片温度升高到500℃时,薄膜仍为锐钛矿结构;300℃时,薄膜的A(101)衍射峰最强,结晶度最好。通过原子力显微镜(AFM)图分析得出:低于300℃时,随着基片温度的升高,二氧化钛薄膜的晶粒尺寸增大,聚集密度增大;高于300℃时,晶粒的平均尺寸大小几乎不变,300℃时,晶粒排列最均匀有序。根据薄膜的透射谱计算了薄膜的光学带隙,可知随着基片温度的升高,二氧化钛薄膜的带隙变窄;随着氧压的增大,带隙变宽。

基于光纤Bragg光栅的生物膜厚度及温度传感器

提出一种基于单端腐蚀结构的光纤Bragg光栅（FBG）,用于膜反应器内生物膜厚度和温度的同时测量。给出单端腐蚀FBG对外部介质折射率（SRI）与温度同时测量的理论模型,制作腐蚀区直径约为7.1-7.4μm的单端腐蚀FBG传感器。实验结果表明,传感器在SRI为1.333-1.355内具有较好的线性度,折射率灵敏度为6.894 nm/riu,与理论值6.83 nm/riu基本吻合,若采用波长分辨率为1pm的光谱分析仪,则对生物膜厚度和温度的分辨率分别为15.36±0.85μm和0.12℃。

基底温度和离子源能量对薄膜应力的影响

在不同的基底温度和离子源能量下,采用电子束蒸发方法在GaAs基底上分别制备了SiO_2、TiO_2和Al_2O_3光学薄膜。测量了所制备薄膜的表面应力,并对不同离子源能量下薄膜的折射率进行了测试。结果表明,三种光学薄膜的表面应力呈不均匀分布,通过调节基底温度和离子源能量能有效减小薄膜应力,SiO_2、TiO_2和Al_2O_3薄膜的平均应力最小值分别为2.9,8.4,25.1MPa。