大尺寸中阶梯光栅具有孔径大的特点,且衍射级次极高,具有可达106的极高光谱分辨本领,加之宽光谱范围和高色散率等优点,被广泛应用于光谱探测和场分析中,并逐渐成为高功率激光器及天文观测等领域中关键光学器件的主要部件。通常大尺寸中阶梯光栅是利用金刚石刻刀挤压和抛光沉积等过程,在厚Al膜上刻划而成,使Al膜表面具有纳米级的周期性微观结构。因此,Al膜的结构和光学特性制约着光栅的性能,是中阶梯光栅制备中的关键因素。论文首先分析得出膜层的均匀性与蒸发源的位置和夹具的高度密切相关,通过理论分析和计算得到最佳蒸发源位置L=500 mm及夹具高度H=1050mm,最终通过测试片验证,在直径700 mm范围内能够制备出均匀性差异小于±1%的高质量厚铝膜。其次,分别利用扫描电子显微镜(SEM,JSM-6510 of JEOL)、原子力显微镜(AFM,EDG of Bruker)和纳米压痕仪(Nano Indenter G200 of Agilent)对铝膜的表面及内部形貌、表面粗糙度和硬度进行测量,研究沉积角度、基底温度和沉积速率对厚铝膜成膜质量的影响规律,得出随着沉积角度、基底温度的升高,成膜质量越来越差,随着沉积速率的升高,成膜质量先变好后又变差的结论,并指出温度对成膜质量影响巨大,因此引发对镀膜工艺的创新。再次,论文提出一种新颖的多步沉积理论实现高质量的大面积厚铝膜,比较了传统单步和多步沉积的厚铝膜的质量差异,分析了多步沉积过程制造的厚铝膜对表面粗糙度和晶粒尺寸的改善。最后,我们在520 mm×420 mm的微晶玻璃基底上镀制出厚度超过12μm、均匀性差异小于±1%的高质量铝膜,成功完成项目要求。