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日盲紫外带通滤光片膜系设计与镀膜工艺研究

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 介质薄膜光学特性的理论计算与设计方法

1.3 紫外带通滤光片

1.4 紫外光学薄膜沉积技术

1.5 光学薄膜的特性

1.6 本文主要研究内容

第2章 日盲紫外滤光膜设计、制备及性能表征方法

2.1 OptiLayer膜系设计软件

2.2 ORTUS-700型电子束真空镀膜设备

2.3 薄膜样品的制备工艺流程

2.4 薄膜性能表征方法

第3章 日盲紫外带通滤光片膜系设计

3.1 设计技术指标

3.2 基材和膜材的选取

3.3 初始膜系的确定

3.4 膜系结构的优化

3.5 本章小结

第4章 沉积温度对HfO2薄膜性能的影响

4.1 HfO2薄膜镀制工艺

4.2 光学性能

4.3 相结构、晶粒尺寸及晶格畸变

4.4 表面形貌

4.5 薄膜成分

4.6 本章小结

第5章 沉积温度对MgF2薄膜性能的影响

5.1 MgF2薄膜镀制工艺

5.2 光学性能

5.3 相结构、晶粒尺寸及晶格畸变

5.4 表面形貌

5.5 薄膜成分

5.6 本章小结

第6章 日盲紫外带通滤光片的镀制与性能表征

6.1 日盲紫外带通滤光片镀制工艺

6.2 日盲紫外带通滤光片镀制流程

6.3 紫外滤光片样品性能检测

6.4 误差分析

6.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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摘要

本文以制备高性能日盲紫外带通滤光片为目标,利用光学膜系设计理论、OptiLayer软件、OPTUS-700电子束真空沉积设备及多种现代物理分析方法,从膜系设计、镀膜工艺、样片制备和性能表征几个环节进行了系统研究。
  在对国内外紫外带通滤光片发展现状和技术特点分析的基础上,确定了在紫外融石英基底双侧分别镀制主膜系和辅助膜系的设计方案,高折射率材料选HfO2,低折射率材料选MgF2。通过膜系设计与优化,得到具体膜系结构。计算表明,所设计的全介质膜日盲紫外带通滤光片在240-280nm波段具有极高的透过率,截止带的宽度和截止度满足设计要求。
  在确定了合适的沉积速率、真空度等工艺参数后,重点研究了不同沉积温度下HfO2和MgF2两种薄膜光学性能与微观结构的关系。当沉积温度低于150℃时,HfO2薄膜呈非晶态,温度达到150℃后,出现结晶倾向。随沉积温度升高,结晶程度增大,晶粒尺寸减小,同时填充密度增加,折射率变大,可见光波段中心波长透过率极值减小。同时,随着温度升高,HfO2薄膜化学计量比失配程度加剧,紫外波段吸收损耗增加,消光系数增大。MgF2薄膜则为具有四方晶系结构的尖顶柱状晶,随沉积温度升高,晶粒逐渐长大,表面粗糙度增大,导致散射损耗增加和透过率降低。
  通过对上述研究结果的分析,综合考虑两种光学薄膜的光学性能和微观结构,确定紫外滤光片的最佳沉积温度为200℃。依据设计方案,利用合适的镀膜工艺,制备出日盲紫外滤光片样品。评价结果表明,该滤光片在通带的平均透射率达到50%,两侧截止带宽度和截止度均接近设计方案,而且滤光片具有优良的光学稳定性和机械性能。

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