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1、合肥工业大学光学薄膜一:介质膜系及其应用1.1 :减反射膜1.1.1 :反射光在光学系统内的危害:造成光能量的损失,使得像的亮度降低;光学系统内部各个外表反射所造成的杂散光最终也会到达像面,使得像的衬度降低,区分率下降。1.1.2 :减反射膜的作用:减反射膜,又称增透膜,它的主要功能是削减或消退透镜、棱镜、平面镜等光学外表的反射光,从而增加这些元件的透光量,削减或消退系统的杂散光。1.1.3 :减反射膜的种类:依据膜的层数的不同可以分为,单层减反射膜, 双层减反射膜和多层减反射膜。一般状况下,承受单层增透膜很难到达抱负的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区到达好的增透效果,往往承
2、受双层、三层甚至更多层数的减反射膜。1.1.4 :一些特别的减反射膜:含吸取层的防眩光减反射膜,该种薄膜在显示器中具有特别的应用。磷光体相对较弱的图像被四周环境的杂光在其上的反射光眩光所掩盖,大大降低了显示器图像的质量。所用的解决方法是在磷光体前放置一个前后均有减反射膜的吸取滤光片。1.1.5 :当前现状:减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜,因此, 它至今仍是光学薄膜技术中重要的争论课题,争论的重点是查找材料,设计的膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数,最简洁、最稳定的工艺,获得尽可能高的成品率,到达最抱负的效果。11.2 :高反射膜1.3 :中性分束膜1.3.1 :中性分束镜的作用:
3、它可以在确定的波段内把一束光分为光谱成分完全一样的两束光,也就是说,它在确定的波长范围内对各个波长具有一样的透射率和反射率比值即透反比,因而,反射光和透射光均不带颜色呈色中性。1.3.2 :介质中性分光镜的构造:将膜层镀在透亮的平板上;将膜层镀在45 的直角棱镜的斜面上,在胶合一个同样外形的棱镜,构成胶合立方体即可。1.4 :截止滤光片1.4.1 :作用:指的是能从复合光中滤掉全部长波或短波而仅保存所需波段范围的滤光片。通常把抑制短波区,透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片, 而将抑制长波区,透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。1.4.2 :分类:依据作用机理的不同,截止滤波片可以分为三
4、类吸取型截止滤波片,薄膜干预型截止滤波片,吸取与干预组合型截止滤波片。1.4.3 :截止滤光片的特性参数:透射曲线开头上升或下降时的波长, 以及此曲线上升或下降的许可斜率;高透射带的光谱宽度、平均透射率以及许可的最小透射率;反射带的光谱宽度,以及许可的最大透射率。1.4.4 :截止滤光片的应用:彩色分光膜:在彩色印刷、彩色电视以及彩色集中等彩色技术中,都要用到彩色分光元件,它们的作用是将一束光分成不同颜色的几个局部。反热镜和冷光镜:在电影放映机。舞台和摄影棚以及一些光学元件中会有一些大功率的照明电源,它们发出的光中红外辐射占了绝大局部, 这些红外辐射一般会转化为热吸取,进而引起胶片烧毁,被找人
5、受热出汗等不良后果。为了消退这些影响,我们一般承受反热镜和冷光镜。其中反热镜是短波通截止滤光片,它抑制红外光,透射可见光;冷光镜是长波通截止滤光片,它透射红外光,反射可见光。1.5 带通滤波片1.5.1 :作用:带通滤波片可以在确定的波段内,只有中间一小段是高透射率的通带,而在通带两侧,是高反射率的截止带。用于光谱仪器消退光栅光谱级的重叠。1.5.2 :主要参数:中心波长𝜆0,中心波长的透射率𝑇max ,通带宽度 2𝜆0。1.5.3 :构造形式:宽带通滤光片,窄带通滤光片。1.6 :偏振分束膜1.6.1 :作用:现代大多数的光学器件都是使用具有非
6、线性光学特性的光学晶体来实现偏振的,但是光学晶体偏振特性具有波段不行调控性,不能满足光学工程中需要在特定波段下获得偏振光,或实现偏振选择的工程要求。偏振分束膜很好的解决了这一问题。二:光学薄膜制造技术2.1 :概述:光学薄膜可以承受 PVD物理气相沉积,CVD化学气相沉积以及 CLD化学液相沉积的方法来获得。其中 CLD化学液相沉积工艺简洁,本钱较低,但膜层厚度不能准确把握, 膜层强度较差,还存在着污染问题,现在已经很少承受。CVD化学气象沉积一般需要较高的沉积温度,而且在薄膜制备前还需要特定的先驱反响物,在薄膜的制备过程中还会产生可燃、有毒的一些副产品。但其薄膜沉积速率一般较高。PVD物理气
7、相沉积是目前广泛承受的薄膜沉积方法,其需要使用真空镀膜机,本钱较高,但膜层厚度可以准确的把握,而且膜层强度较高。2.2 :光学真空镀膜机光学真空镀膜机大多数是热蒸发真空镀膜设备,其主要有三大局部组成:真空系统、热蒸发系统、膜层厚度把握系统。真空系统:真空系统的主要作用是为镀膜供给所需要的真空度,主要包括真空泵、真空计、管道、阀门等。对于不同的真空度要求,需要配备不同的真空机组。热蒸发系统:常用的有电阻加热式和电子束加热式。其中电阻加热式用于低熔点材料,电子束加热式用于高熔点材料。膜层厚度把握系统:主要有两大类。第一类是石英晶体膜厚仪,其测量的是几何膜厚;其次类是光电膜厚仪,其测量的是光学厚度。
8、三:光学薄膜制造工艺3.1 :光学薄膜器件的质量要素3.1.1 :薄膜器件的光学性能:影响薄膜器件光学性能的主要参数是膜层的折射率 n 和膜层的厚度 d,称之为光学常数。影响膜层的折射率n 和膜层的厚度d 的因素主要有三个:膜层的填充密度,也叫聚拢密度;膜层的微观组织构造;膜层的化学成分。因此,为了获得所需要的膜层,就需要从以上三个方面加以严格把握。3.1.2 :薄膜器件的机械性能薄膜器件的机械性能主要包括硬度和结实度。硬度主要由膜层材料的本征性能和膜层内部构造的严密程度来共同打算的。结实度主要由膜层和基片之间的结合力来打算。3.1.3 :薄膜器件的环境稳定性指的是薄膜器件的光学物理性能随着时
9、间的推移、使用条件的变化而发生变化的状况。为了提高薄膜器件的环境稳定性需要从两个方面入手:选用化学稳定性好的材料作为膜料;制作构造严密的膜层。3.1.4 :膜层填充密度对膜层质量的影响膜层填充密度对膜层对膜层的质量具有重大的影响,它可以影响折射率、膜层的机械强度和环境稳定性,还会影响膜层的应力以及散射等。提高膜层的填充密度需要留意以下几个方面:基片温度、沉积速率、真空度、入射角度、离子轰击等。3.2 :影响膜层质量的工艺要素真空镀制光学薄膜的根本工艺过程为:清洁零件清洁真空室抽真空膜厚仪调整镀膜镀后处理检测。上述步骤的每一步都会对最终的膜层质量产生影响。3.2.1 :工艺要素对薄膜器件质量的影
10、响真空度。真空室内的剩余气体分子会与膜材原子或分子相碰撞或者发生化学反响,从而影响薄膜的质量。沉积速率。沉积速率过低,晶核生长过慢,会导致膜层构造疏松。一般可以通过提高蒸发温度和加大蒸发源面积的方法来适当地提高沉积速率。基片温度。为了使得膜材分子在基片外表集中迁移,从而形成连续性的薄膜,基片需要具有确定的温度。但温度过高会导致膜层构造发生变化以及膜料的分解。离子轰击。离子轰击在镀前、镀中以及镀后都会产生相应的影响。基片材料。包括基片材料的膨胀系数、化学亲和力以及外表粗糙度等。基片清洁程度。膜层材料。蒸发方法。蒸气的入射角度。烘烤处理。3.2.2 :提高膜层机械强度的工艺途径主要可以从真空度、沉
11、积速率、基片温度、离子轰击以及基片的清洁这几个方面加以把握。3.2.3 :把握膜层折射率的主要途径折射率是描述光学薄膜性能的主要参数之一,是光学薄膜实现其性能的重要参数条件。因此,在实际的镀膜过程中,应当主要从真空度、沉积速率、基片温度、离子轰击以及基片的清洁这几个方面加以把握。3.2.4 :获得致密薄膜的方法填充密度可以全的影响和反响光学薄膜的质量,因此为了提高光学薄膜的质量,其关键就是提高薄膜的填充密度。真空度的影响以及改进方法:剩余气体会对薄膜产生极大的影响,包括与膜材分子发生碰撞,使得膜材分子的能量降低或者方向发生转变;剩余气体分子会吸附于基底上,与薄膜发生反响。基片外表清洁程度的影响
12、以及改进方法:危害:基片外表的赃物会阻碍膜料直接与基底接触,削减了附着力,如被油污染更会造成膜层的脱落。埋伏于膜层底部的赃物和微尘会形成针孔、痕迹等瑕疵,进而影响光学薄膜的性能。常用的清洗方法:一般承受酒精和丙酮进展擦洗,或者承受超声波振荡清洗, 之后还要承受离子轰击来去除外表的单分子层。基片温度的影响:聚拢度通常随着基片温度的增加而增加,当膜层与基底温度相差较大时,会产生内应力,因此需要选择一个最正确基底温度。一般承受烘烤的方法来提高基底的温度。蒸发速率的影响及其改进方法:当沉积速率较快时,可以获得更高纯度的薄膜。3.3 :获得准确膜厚的方法为了获得我们需要的膜厚,需要在镀膜过程中对膜厚进展
13、实时的动态测量。目视法:利用人眼对薄膜厚度变化时引起光束透过强度的变化,或者膜的干预色的变化来推断膜层的厚度的。该方法构造简洁,操作简便,但精度低。极值法:测量正在镀制膜层的 T透射率和 R反射率随着膜层厚度增加过程中的极值个数,获得以/4 为单位的整数厚度的膜层。光电定值法:利用干预截止滤光片来进展监控。石英振荡法:利用石英晶体的压电效应,测量石英晶体的振动频率或者周期随着石英厚度的变化量,以到达测量薄膜厚度的目的。3.4 :获得均匀薄膜的方法3.4.1 :影响膜层厚度均匀性的因素蒸发源的蒸发特性:蒸发源是点源、线源还是面源。膜料的种类。蒸发源与基片的相对位置。基片被镀件的外形。3.4.2 :获得均匀膜厚的途径对于点源,应将蒸发源放置于被镀件所在的球心的;对于面源,应将蒸发源应位于被镀件所在的同一球面上。承受旋转夹具,包括公转、自传、行星夹具;增设膜层厚度调整板。
限制150内