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窄带滤光片是一种应用非常广泛的薄膜元件。就目前为止,其主要应用在:天文,等离子体检测,空间探测,激光探测,化学分析,间接温度测量,有害气体分析,颜色测量,光纤通信系统等领域。国内外的很多学者和企业对窄带滤光片都做了深入研究。
用光学薄膜理论设计介质窄带干涉滤光片,并模拟分析其在温度和湿度改变下的光学稳定性以及实验镀制是本论文研究的重点。
实验部分在FJL560CI1真空镀膜设备上进行。基片采用K9玻璃,靶材为金属Ta靶和单晶Si靶。采用射频反应磁控溅射方法制备单层SiO2、Ta2O5薄膜,在单层膜工艺的基础上,镀制7层和9层膜系的多层膜。用乙醇和超声波清洗基片,溅射镀膜时工作气体为氩气,反应气体O2,质量流量计控制气体流量。用椭圆偏振仪测量其折射率和膜厚。并用等速率法监控膜厚。分析了工作气压,氧、氩比,基片加热温度对薄膜的透过率及折射率的影响,发现最合适的工作气压为0.4Pa,基片加热温度在300℃沉积得到的薄膜透过率最好;对于Ta2O5,氧气、氩气比要大于80%才能得到高折射率的透明膜层,而对于SiO2薄膜,O/Ar在30%左右就能得到折射率为1.46的膜层。最后对所制备的样品,模拟分析了其在受潮、温度改变等环境影响下,不同膜系滤光片的中心波长的漂移。发现薄膜的致密性对滤光片的波漂有很大影响,应该采用成膜质量比较好的镀膜方法,如反应磁控溅射、离子束辅助沉积等方法制备光学薄膜;另外基板材料的线性膨胀系数对滤光片的温度稳定性也有很大影响,对设计的膜系应选用相匹配的基板材料,使其中心波长在温度改变下的波漂最小。
最后,本文对镀制结果及工艺条件进行了分析和研究,对实验过程中应注意的问题以及待改进的地方进行了总结。