薄膜原理與技術(shù)大作業(yè)

1、薄膜原理與技術(shù)課程作業(yè)041211031120111054楊帥授課教師：蔣玉蓉薄膜原理與技術(shù)課程作業(yè)一、簡述寬帶減反射膜在光學儀器中的作用，并設(shè)計如下膜系：入射介質(zhì)1；出射介質(zhì)1.52；入射角；參考波長580nm；設(shè)計要求：400440nm光譜段反射率小于2%；440640nm光譜段反射率小于0.5；640700nm光譜段反射率小于2%。 減反膜的作用：減少介質(zhì)間界面反射。界面反射會引起光學系統(tǒng)的光能量損失；加劇光學系統(tǒng)的雜散光干擾，加大系統(tǒng)噪聲；在高功率激光系統(tǒng)中，界面反射可能引起反激光，損傷光學元件，所以為減少光能損耗，提高成像質(zhì)量，照相機、電視機、顯微鏡等等中的光學鏡頭都鍍有減反膜。為盡

2、量減弱反激光，高功率激光系統(tǒng)中的透射光學元件表面也鍍減反膜。 膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：二、設(shè)計帶通濾光片：入射介質(zhì)1.52；出射介質(zhì)1.52；入射角；中心波長550nm；中心波長透過率，通帶半寬度小于5nm。膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：三、設(shè)計一個中性分光膜： 入射介質(zhì)1.0；出射介質(zhì)1.52；入射角；440640nm光譜段。膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：四、簡述干涉截止濾光片通帶波紋產(chǎn)生的原因及消除方法并設(shè)計如下要求分色鏡：入射介質(zhì)1，出射介質(zhì)1.52，入射角，截至波長，在 在。產(chǎn)生波紋的原因：1.等效光學導納失配（波紋的幅度）（R1-R20）。2.等效位相厚度隨波長變化。波紋消除方法：選取適當?shù)哪は?，使得在透?/p>

3、帶內(nèi)的等效折射率等于基質(zhì)的折射率即使R1=R2。1.改變基本周期的膜層厚度，使等效折射率更接近于預期值。同樣要求基片折射率要低，反射損耗小。這種方法對于可見光可以，紅外區(qū)損耗較大。2.在多層膜的每一側(cè)加鍍匹配層（/4層），使它與基質(zhì)以及入射介質(zhì)匹配。插入層相當于多層膜界面的減反膜。膜系結(jié)構(gòu)：優(yōu)化結(jié)果：五、簡述光電極值法監(jiān)控原理及其監(jiān)控精度提高的措施。 監(jiān)控原理：由多光束干涉原理可知，膜系反射率呈周期性變化，當膜層的光學厚度為監(jiān)控波長的四分之一整數(shù)倍時反射率出現(xiàn)極值。利用膜層沉積過程中反射率（或透射率）隨膜厚變化的這種規(guī)律，通過光電膜厚監(jiān)控儀測沉淀過程中反射率（或透射率）出現(xiàn)的極值點，來監(jiān)控四分

4、之一波長的整數(shù)倍的膜系。 精度提高的措施：硬件設(shè)備的改進，如采用雙光路光強信號測量透反射率值代替光路測量值來監(jiān)控膜厚，可克服由于光波動及探測器波動、漂移帶來的的影響：引入過正控制技術(shù)，即利用兩極值點間的監(jiān)控精度高于極值點的監(jiān)控精度的特點，將停鍍點移到極值點之后，根據(jù)鍍膜檢測過程中各層膜極值點的偏移量來修正理論計算的過正量，提高監(jiān)控精度。六、簡述薄膜微觀結(jié)構(gòu)的特征及其表征方法，介紹一種薄膜微觀結(jié)構(gòu)觀測原理。特征： 呈現(xiàn)柱狀加空穴結(jié)構(gòu)；柱狀幾乎垂直與基板表面生長，而且上下端尺寸幾乎相同；層與層之間有明顯的界限，上層柱體與下層柱體并不完全連續(xù)。薄膜微觀結(jié)構(gòu)中還有很晶體缺陷。X-射線光電子能譜 （XP

5、S）原理： 其原理是用X射線去輻射樣品，使原子或分子的內(nèi)層電子或價電子受激發(fā)射出來。被光子激發(fā)出來的電子稱為光電子?？梢詼y量光電子的能量， 不同元素種類、不同元素價態(tài)、不同電子層(1s, 2s, 2p等)所產(chǎn)生的能量即XPS不同。以光電子的動能為橫坐標，相對強度（脈沖/s）為縱坐標可做出光電子能譜圖。從而獲得試樣有關(guān)信息。 被激發(fā)的電子能量可用下式表示：KE = hv - BE - FspecFspec= 譜學功函數(shù)或電子反沖能譜學功函數(shù)極小，可略去， 得到 KE = hv - BE七、介紹光學薄膜在通訊行業(yè)或顯示器產(chǎn)業(yè)中的一種應(yīng)用。 光學薄膜技術(shù)一直是光學領(lǐng)域中不可忽略重要基礎(chǔ)技術(shù)，而且品質(zhì)

6、要求也越來越高，加上近年來在資訊顯示及光通訊科技快速發(fā)展之下，不論是在顯示設(shè)備中分、合色元件，又或是在光通訊主、被動元件開發(fā)制程上，薄膜制造技術(shù)都是不可忽略重要技術(shù)。在顯示器技術(shù)、光通訊技術(shù)、生醫(yī)光電技術(shù)上，薄膜技術(shù)有其決定性的影響。 光學薄膜與鍍膜技術(shù)的應(yīng)用從精密光學設(shè)備、顯示器設(shè)備到日常生活中的光學薄膜的應(yīng)用都比較廣泛。比方說，平時戴的眼鏡、數(shù)位相機、各式家電用品，或者是鈔票上的防偽技術(shù)，皆能被稱之為光學薄膜技術(shù)應(yīng)用的延伸。倘若沒有光學薄膜技術(shù)作為發(fā)展基礎(chǔ)，近代光電、通訊或是雷射技術(shù)發(fā)展速度，將無法有所進展，這也顯示出光學薄膜技術(shù)研究發(fā)展重要性。 一般來說，要使用多層薄膜時，必須根據(jù)設(shè)計者

7、需求，借用高低折射率薄膜堆疊技術(shù)，做為各類型光學薄膜設(shè)計之用，才能達到事先預期后評估的光學特性。比方說：減反射鏡、高反射鏡、分光鏡、截止濾光鏡、帶通濾光鏡、帶止濾光鏡等；而在電腦分析軟、硬體發(fā)展健全的今日，不僅使光學薄膜在設(shè)計上變得更為便捷，且光學薄膜技術(shù)研究發(fā)展也將更為快速。 就目前設(shè)計端而言，若以合理特性范圍來考量，光學薄膜制作門檻已經(jīng)降低不少，技術(shù)困難點也很少出現(xiàn)，通常只要在合理要求范圍之內(nèi)，設(shè)計者不難發(fā)出適用的光學多層膜結(jié)構(gòu)。不過，光學薄膜最主要關(guān)鍵問題，在于薄膜鍍膜工藝技術(shù)的改善。這關(guān)系到要如何精準地掌控每一層薄膜厚度與折射率，才能獲得預期光學性質(zhì)和機械特性，甚至在制造量產(chǎn)化及成本降

8、低都有其助益。另外，包括：薄膜材料開發(fā)（包括：材料測試、化學純度、材料創(chuàng)新、材料型式）、先進鍍膜技術(shù)開發(fā)（包括：真空鍍膜機、監(jiān)控技術(shù)）及薄膜的量測分析（膜層設(shè)計、厚度誤差分析技巧）等，都是光學薄膜工程上所要面對到的首要課題。 不過，在光學薄膜技術(shù)應(yīng)用上，由于技術(shù)本身被歸納為廣泛應(yīng)用性質(zhì)，不容易以某一或單一產(chǎn)品作為載具并加以區(qū)分；因此，光學薄膜產(chǎn)品技術(shù)，最終應(yīng)用則是在許多光學元件上，若以光學元件各個相關(guān)應(yīng)用市場來探究，更可看出主要附加價值與相關(guān)性。 人們對于顯示器畫面尺寸及影像品質(zhì)及輻射量多少的要求日漸嚴苛，顯示器尺寸也從14吋、20吋、29吋、32吋，變到了更大尺寸，顯示屏也從CRT屏幕發(fā)展到

9、LCD屏幕或投影屏幕。因為超過40吋CRT顯示器動輒超過100公斤、厚度也超過35吋；因此，在一般CRT顯示器生產(chǎn)過程中，40吋以上就是一個技術(shù)瓶頸。目前要打破尺寸瓶頸技術(shù)，就是利用投影技術(shù)來達成，借用光學技術(shù)放大顯示器尺寸，使其機身厚度變薄，體積變得更為輕盈。 對于投影機產(chǎn)業(yè)而言，必須快速對應(yīng)到燈源進步程度，以及更高亮度、對比度、體積更小、重量更輕等要求。揭開投影機顯示技術(shù)中重要光學關(guān)鍵零組件，就像是光學引擎、光閥、偏光轉(zhuǎn)換器等開發(fā)技術(shù)，對投影顯示技術(shù)中的影像品質(zhì)有著關(guān)鍵性影響。舉例來說，在光學引擎的偏振分光稜鏡便是光學引擎中，不可或缺的光學元件，其可見光波要求在420680nm范圍（入射角

10、范圍約30°之內(nèi)），才能大幅度地分開p偏振光及s偏振光，并維持p偏振光穿透率Tp90以上及消光比達到Tp/Ts500以上，這是因為消光比越高及Tp穿透率也就越高，影像對比度才會更好，色彩一致性越高，獲得較高的光能利用率。 在光學引擎中要用到大量偏振、分光及濾光元件，這些都需要依賴光學薄膜、鍍膜技術(shù)來實現(xiàn)，不過這些元件鍍膜技術(shù)要求層級很高，導致生產(chǎn)困難度加大。一般來說，目前發(fā)展投影機技術(shù)，包括：LCD、DLP（MEMS）、LCOS數(shù)種發(fā)展技術(shù)。影像成形技術(shù)，則分為穿透式LCD及反射式DLP、LCOS，而在投影機系統(tǒng)中，便需要運用光學薄膜濾光片新的開發(fā)技術(shù)，從而達到最佳影像品質(zhì)。對于投影機產(chǎn)業(yè)而言，為了迎合燈源技術(shù)，以及更高亮度、對比度、體積更小、重量更輕等要求，對于其中所使用的各式光學元件都必須有相對應(yīng)解決方法。而為了達到需求，這對光學薄膜技術(shù)來說，已不能單純使用傳統(tǒng)的整數(shù)膜堆設(shè)計來完成，非整數(shù)膜堆設(shè)計必要時也要能被大量采用。不過，對非整數(shù)膜堆技術(shù)而言，除了先天上設(shè)計