镀膜基本知识

2013-05-11 admin1 718

2.1 光学薄膜膜系设计与分析

该专题的培训名称是《光学薄膜膜系设计与分析及Essential Macleod软件使用》,历时两天,由上海光机所的齐红基博士主讲。其主要内容可分为以下三个方面:光学薄膜设计理论、Essential Macleod光学薄膜膜系设计分析软件使用说明和常规光学薄膜系统的设计。

Essential Macleod 是一套光学薄膜设计与分析软件包,它包含光学薄膜设计和分析的所有要素:

1) 计算一个给定膜系的各种性能参数,包括常用的反射率、透过率、振幅和位相等;

2) 优化已有膜系,提高其性能;对给定特性要求,导出其膜系设计;

3) 提取薄膜材料的光学常数;

4) 分析膜系特性,包括导纳图分析和电场分布分析等;

5) 估算膜层中随机误差对膜层光谱特性的影响;

6) 模拟光学镀膜。

2.2 光学薄膜制备技术

该专题的名称是《镀膜工艺基础知识》,由中国科学院上海技术物理研究所的周东平研究员讲授,周东平研究员同时还是上海欧菲尔光电技术有限责任公司总经理。周研究员从真空系统、制备技术、镀膜工艺、薄膜材料、膜厚监控、电子枪和离子源的原理及其作用六个方面对光学薄膜制备技术进行了详细的讲授。

在光学镀膜中常用的真空泵有机械泵、分子泵、罗茨泵、油扩散泵和冷凝泵。分子泵和冷凝泵是半无油和无油系统,适合激光薄膜的镀制,分子泵的抽速慢,冷凝泵抽速快但在直径大于1100mm的真空系统中无法有效使用。油扩散泵如在抽气口加装polycold冷阱可实现高抽速的无油真空系统。

实用的真空系统,为保证抽速,管道应尽可能短粗;前级泵和次级泵的配置要合理;系统漏气小;真空室内材料的放气量要小;真空室要保持清洁。

除了大功率激光系统的减反膜由溶液凝胶(sol-gel)技术制备之外,光学薄膜真空镀膜技术一般采用物理气相沉积法(Physical vapor deposition)。PVD包括热蒸发(Thermal Evaporation Deposition)、溅射(Plasma Sputtering Deposition)和离子镀(Ion Beam Sputtering Deposition)。

热蒸发(Thermal Evaporation Deposition)分为电阻加热法(Resistive Heating)和电子枪蒸镀法(Electron Beam Gun Evaporation)。电阻加热时,蒸发舟(Boat)要与材料接触良好,避免局部放热引起分解和喷溅。

镀膜的主要工艺因素有:基板处理(抛光、清洁、离子束预处理)、制备参数(基板温度、沉积速率、真空度)、蒸汽入射角和老化处理。介质膜的老化处理包括退火和激光预处理。

电子枪对膜层的成膜质量和光谱特性有重要影响,

校准真空泵有效抽速,以获得稳定的真空度。

校准温度控制曲线,温控仪的升温过充要小,控制要平稳。

校准蒸发源蒸发特性,好的电子枪应该实现面源蒸发,能够获得稳定重复的蒸发条件。

光学膜厚控制仪的精度确认,膜厚控制仪的控制精度对成膜质量和重复性有重要的影响。

薄膜的材料试验,为获得均匀均质和接近化学计量比的薄膜,需要通过实验来确定不同制备参数下材料的折射率和色散系数。

利用正投影法和比例法制备膜厚均匀性修正挡板。实验的过程中需要特别考虑源的时变性和灯丝对膜厚均匀性的影响。

光学膜厚控制工具因子和石英晶振膜厚控制因子的确定。

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