低损耗光学薄膜的反应磁控溅射工艺探索及机理研究

摘要

本论文通过研究反应磁控溅射工艺对薄膜光损耗的影响以及存在的机理，探索合适的薄膜沉积工艺以达到减少薄膜光损耗、制备高质量光学薄膜的目的，使其获得更加广泛的应用。 针对以上研究目标，本论文内容分为四章。具体如下： 第一章介绍低损耗高质量光学薄膜的应用领域、介绍常用的光学薄膜制备技术。介绍了薄膜光损耗的基本概念、分类，并讨论了薄膜中光损耗的起源。 第二章介绍单层膜及多层膜光损耗的模型及计算。首先，分别从散射标量理论和单层吸收的薄层模型对粗糙界面引起的表面光损耗作计算；其次，结合散射标量理论和多次反射的矢量理论，对单层膜的光损耗进行详细推导；最后，为了简化多层膜的总光损耗计算，将表面散射理论引入多层膜的传输矩阵，同时，介绍两种不同的表面粗糙度模型，即非相关表面粗糙度模型和附加表面粗糙度模型。 第三章研究不同的沉积气压对Nb<,2>O<,5>薄膜光损耗的影响。根据第二章介绍的单层膜光损耗计算模型，结合实验测量光谱和薄膜的表面形貌，不仅解释了Nb205单层膜的光损耗随波长变化的实验结果，而且合理的分析了Nb<,2>O<,5>单层膜的光损耗随溅射沉积气压的变化。并且通过Nb<,2>O<,5>/SiO<,2>多层膜的光损耗分析来验证Nb<,2>O<,5>单层膜的光损耗随沉积气压的变化。 第四章研究在反应磁控溅射过渡区制备高反射薄膜工艺控制。用反应磁控溅射法制备了Ta<,2>O<,5>和SiO<,2>的单层膜和多层高反射薄膜，研究了在过渡区制备高质量光学薄膜的影响因素和机理，探讨了制备高质量光学薄膜的工艺，并引入了一种结合拟合方法的被动控制技术来实现在磁控溅射过渡区制备高质量的光学多层膜。结果表明，在反应磁控溅射过渡区制备的光学薄膜不仅具有比氧化区更高的沉积速率，而且具有更高的折射率和更低的光损耗。在过渡区镀制光学多层膜时速率的变化与溅射电压的漂移有关，并且可以通过监测溅射电压随时间的变化结合拟合算法加以修正。在表面均方根粗糙度为0.56nm的石英基片上，采用过渡区镀膜和膜厚修正制备了40层的Ta<,2>O<,5>/SiO<,2>高反膜，通过光腔衰荡光谱方法测得的反射率达到99.96％。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1薄膜光损耗的研究背景

§1.2常用的光学薄膜制备技术

1.2.1热蒸发和电子束蒸发

1.2.2离子辅助沉积

1.2.3溅射镀膜

§1.3薄膜的光损耗概述及起源

§1.4本论文的研究内容

参考文献

第二章单层膜以及多层膜光损耗的计算

§2.1引言

§2.2粗糙界面引起的光散射的计算

2.2.1光学表面散射理论对粗糙界面的计算

2.2.2粗糙界面的单层膜计算模型

§2.3单层膜的光损耗计算

§2.4多层膜的光损耗计算

2.4.1非相关表面粗糙度模型

2.4.2附加表面粗糙度模型

§2.5本章小结

参考文献

第三章不同溅射气压下制备的Nb2O5薄膜光损耗分析

§3.1引言

§3.2理论分析

§3.3样品制备与测试

§3.4结果与讨论

3.4.1沉积速率的变化

3.4.2薄膜的结构和形貌

3.4.3 Nb2O5单层膜的光损耗分析

3.4.4 Nb2O5/SiO2多层膜的光损耗分析

§3.4本章小节

参考文献

第四章在反应磁控溅射过渡区制备高反射膜的工艺控制

§4.1引言

§4.2样品制备与测试

§4.3结果与讨论

4.3.1氧流速对Ta2O5薄膜沉积速率和光学性质的影响

4.3.2基片温度对Ta2O5薄膜光学性质的影响

4.3.3 Ta2O5薄膜的结构和形貌表征

4.3.4在过渡区沉积高反膜的分析及工艺控制

§4.4本章小节

参考文献

攻读学位期间完成或准备中的论文

致谢