三种光学薄膜质子和电子辐照着色效应研究

摘要

本文利用带电粒子辐照设备，对以真空物理沉积方法镀制在石英玻璃基片上的MgF2、ZrO2和Al2O3三种典型增透膜材料分别进行了60keV电子和质子的辐照试验，总结了三种光学薄膜透过率随辐照注量的退化规律；在光学材料辐照色心理论基础上，用吸收光谱解析和荧光光谱等方法研究了质子和电子辐照条件下每种薄膜内部形成的吸收带数量及其对应的色心种类。
　　电子和质子辐照不影响材料的晶体结构，但对材料具有着色效应，从而改变其光谱性能。质子辐照后，MgF2薄膜在260nm、320nm、370nm和440nm附近产生四个吸收带，分别对应于一个F型色心和三种不同的F2型色心；ZrO2薄膜主要在210nm、260nm、290nm、370nm和510nm附近产生五个吸收带，分别对应于E'型色心，H2型色心，本征吸收的缺陷型色心，F型色心和F+型色心；Al2O3薄膜主要在197nm、250nm、280nm、350nm和450nm附近产生五个吸收带。分别对应于F心，F+心，F2心，F3+心和F2+心；透镜增透膜系主要在370nm、400nm、450nm、500nm、580nm和750nm附近产生六个吸收带。分别对应于MgF2的F2型色心，Al2O3的空穴心，Al2O3的F2+心，ZrO2的F+心，Al2O3的F2+心和Al2O3的吸收带。电子辐照后，MgF2薄膜在230nm、260nm、290nm、450nm和490nm附近产生五个吸收带，分别对应于F2型色心、F型色心、两种F2型色心和HD型色心；ZrO2薄膜主要在210nm、240nm、280nm和340nm附近产生四个吸收带，分别对应于E'型色心、H2型色心、本征吸收的缺陷型色心和F心；Al2O3薄膜主要在195nm、230nm和390nm附近有三个色心吸收带，此三个吸收带分别对应着F心、F+心和空穴心；透镜增透膜系主要在370nm、400nm、440nm、和490nm附近有四个色心吸收带，分别对应于MgF2的F2型色心，Al2O3的空穴心，Al2O3的F2+心，ZrO2的F+心。
　　各种色心的形成和累积过程不仅取决于材料及带电粒子种类，与辐照粒子能量也有关。一般色心浓度随辐照注量的增加而增加，也有一些相互关联的色心在辐照过程中相互转化。

目录

硕士学位论文

哈尔滨工业大学

2010年7月

中图分类号：V250.3 学校代码：10213

工学硕士学位论文

硕士研究生：程文广

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

课题来源及研究的目的和意义

空间光学薄膜

增透膜及其增透原理

常用增透膜材料

增透膜真空镀制工艺

空间带电粒子环境

等离子体环境

电离辐射环境

1.4 空间带电粒子对光学材料和镜头辐照效应

带电粒子对光学材料的辐照效应

光学镜头在带电粒子作用下的性能退化

带电粒子对光学材料的着色效应

带电粒子对光学材料的辐照损伤机制

光学材料的辐照着色机理

典型增透膜材料辐照诱导色心的种类和结构

1.6 本文的研究目的和主要内容

第2章 试验材料及试验方法

试验材料及试样制备

试验材料

试样制备

带电粒子辐照设备

电子辐照设备

质子辐照设备

辐照方法与试验方案

辐照方法

试验方案

分析测试方法

X射线衍射分析

吸收光谱法

荧光光谱

第3章 MgF2薄膜辐照着色效应

3.1质子辐照对MgF2薄膜的着色效应

质子辐照下的光谱退化规律

质子辐照色心分析

3.1.3色心累积的动力学分析

电子辐照对MgF2薄膜的着色效应

电子辐照下的光谱退化规律

电子辐照色心分析

色心累积的动力学分析

本章小结

第4章 ZrO2薄膜辐照着色效应

质子辐照对ZrO2薄膜的着色效应

质子辐照下的光谱退化规律

质子辐照色心分析

色心累积的动力学分析

电子辐照对ZrO2薄膜的着色效应

电子辐照下的光谱退化规律

电子辐照色心分析

色心累积的动力学分析

本章小结

第5章 Al2O3薄膜辐照着色效应

质子辐照对Al2O3薄膜的着色效应

质子辐照下的光谱退化规律

质子辐照色心分析

色心累积的动力学分析

电子辐照对Al2O3薄膜的着色效应

电子辐照下的光谱退化规律

电子辐照色心分析

色心累积的动力学分析

本章小结

第6章 透镜增透膜系辐照效应与着色分析

镀增透膜透镜辐照效应分析

质子辐照对多层膜的着色效应

质子辐照下透镜增透膜系光谱退化规律

质子辐照色心分析

电子辐照对透镜的着色效应

6.3.1 电子辐照下透镜增透膜系光谱退化规律

6.3.2 电子辐照色心分析

本章小结

结论

参考文献

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