真空蒸發(fā)鍍膜1真空蒸發(fā)鍍膜原理真空鍍膜按其技術(shù)種類可分成以下

1、真空蒸發(fā)鍍膜1、真空蒸發(fā)鍍膜原理真空鍍膜按其技術(shù)種 類可分成以下 真空蒸發(fā)鍍膜 1、真空蒸發(fā)鍍膜原理 真空鍍膜按其技術(shù)種類可分成以下兒類:一:真空蒸發(fā)，包括電阻式加熱蒸發(fā)，電 子束加熱蒸發(fā)，低壓大電流反應蒸發(fā)等,，二:真空濺射，包括二極濺射、射頻濺射、 反應濺射、非平衡磁控濺射、中頻磁控反應濺射等,，三:離子鍍，包括濺射離子鍍、 空心陰極離子鍍膜、反應離子鍍、真空電弧離子鍍等，。 真空獲得、真空測量取得的進展是薄膜技術(shù)迅 速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定性的因素。真空鍍膜方法的不斷改進開創(chuàng)了真空技術(shù)在薄 膜領(lǐng)域應用的新篇章.真空蒸發(fā)和濺射這兩種真空物理鍍膜工藝，是迄今在丄業(yè)上 能夠制備光學薄膜的兩種最主要的

2、工藝。真空離子鍍是大批量生產(chǎn)耐磨硬質(zhì)膜層， 如 機械泵 TiC, Ti等，的主要的工藝，在油擴散泵一抽氣系統(tǒng)出現(xiàn)之后，它們 才獲得大規(guī)模地應用。 真空蒸發(fā)鍍膜的原理是:先將鍍膜室內(nèi)的氣體 -2 抽到 10P&以下的壓強，通過加熱蒸發(fā)源使路于蒸發(fā)源中的物質(zhì)蒸發(fā)，蒸汽 的原子或分子從蒸發(fā)源表面逸出，沉積到基片上凝結(jié)后形成薄膜，它包括抽氣，蒸 發(fā)，沉積等基本過程。 真空環(huán)境是鍍膜的首要條件:，1,可防止在高溫下因空氣分子和蒸發(fā)源發(fā)生反 應，而使蒸發(fā)源劣化,，2,可防止蒸汽原子或分子在沉積到基片上的途中和空氣分子 碰撞而阻礙蒸汽原子或分子直接到達基片表面，以及由于蒸汽原子、分子間的相互 碰撞而

3、在到達基片表面前就凝聚，或在途中就生成其它化合物,，3,可防止在形成薄 膜的過程中，空氣分子作為雜質(zhì)混入膜內(nèi)或在膜中形成其它化合物。 真空蒸發(fā)鍍膜常用的蒸發(fā)源有電阻式加熱蒸發(fā) 源、電子束加熱蒸發(fā)源、激光加熱蒸發(fā)源、空心熱陰極等離子束加熱蒸發(fā)源、 感應式加熱蒸發(fā)源等。在高真空或超高真空下，用電阻、高頻、電子束、激光等加 熱技術(shù)，在玻璃、塑料、和金屬等基體上可蒸發(fā)沉積 100 多種金屬、半導體、和化 合物薄膜。其中，電子束反應蒸發(fā)制備多層光學薄膜是一種方便有效的手段，在批 量化生產(chǎn)中已被普遍采用，其優(yōu)點是：電子束加熱溫度可達 3500?左右，蒸發(fā)材料 基本上不受限制，即使磚和鉗也可蒸鍍，蒸發(fā)速率高

4、,100, 750000 A/s,而且蒸發(fā) 速率和電子束 聚集調(diào)節(jié)方便，通過對蒸發(fā)材料的局部熔化或堆埸水冷，蒸發(fā)材料不與堆竭發(fā) 生反應，保證了膜料的高純度。雖然電子束轟擊化合物會使化合物產(chǎn)生分解，但通 過導入少量反應氣體可在一定程度上彌補這一缺點。其缺點是：薄膜的光學、物理 性能與塊狀材料和理論設計值有較大差異。主要存在以下不足：1),入射到基體上 的粒子能量較底，小于 0 2ev,膜層附著力不強，應力較大。2),薄膜結(jié)構(gòu)為含 孔隙的柱狀結(jié)構(gòu)，從而導致膜層不均勻，界面表面粗糙，對光的散射，膜層的環(huán)境 久性，光學性能的穩(wěn)定性，以及激光破壞閾值等性能都有不良影響。例如，薄膜中 的孔隙由于毛細管作用

5、，吸收空氣中的 水汽，導致折射率增加，光譜特性向更長波長方向漂移。 真空蒸發(fā)鍍膜工藝的發(fā)展趨勢是應用荷能離子技術(shù)，使離子的動能轉(zhuǎn)化為濺射 能、離子注入能、沉積粒子在基體表面的遷徙能、和溶化形核中心的能量，從而凈 化基體，增加薄膜生長的活化能和化學活性，使膜層更加致密、均勻，性能大為改 善。 在真空鍍膜設備中產(chǎn)生荷能離子有二種途徑:一是在較低真空度下形成等離子 區(qū)，如活化反應蒸發(fā)、離子鍍、分子團離子束沉積、噴口離子束沉積、等離子體聚 合等工藝。它們的缺點是難以控制轟擊離子的能量和沉積速度，而且蒸發(fā)材料必需 導電。二是在高真空度下用分離的離子源產(chǎn)生離子，如離子束輔助沉積，離子束沉 積等工藝，這類工

6、藝可控制離子能量，離子流密度，離子方向，和離子種類。 鋁膜厚度是影響其性能的重要因素，不同用度的鋁膜其反射率變化如下圖所示, 下圖為 1、2、4、8、16、32、64、128nm鋁膜反射率的理論曲線 100 不同岸度AI膿曲反射對比 Wavelingth (nw) S08O70605040302010 CDeJusoa)一aitt餐 當金屬厚度達到一定程度時，基底的影響可以忽略，在一個比較大的范圍內(nèi)反 射率與厚度基本無關(guān)， 兒種較用金屬膜的反射率光譜特性如下圖所示，其反射率計 算公式為： 2221, (n, ik) (1, n), k R, 221, (m ik) (L n), k 其中 n為

7、鋁的折射率,k為消光系數(shù),它們都和波長有關(guān)。 新鍍的兒種金屬饌的反射曲線 薄膜厚度的均勻性(是指膜厚隨著基片放路的位路變化而變化)和膜厚控制一樣 也是影響膜性能的一個重要因素，在大型鍍膜機中，尤其重要，它直接影響到產(chǎn)品 的成品率。當蒸發(fā)源的形狀以及蒸發(fā)源和基片之間的相對位路確定后，基片上任何 一點的膜厚主要取決于蒸發(fā)源的發(fā)射特性，蒸發(fā)源通常分為兩類:一是點蒸發(fā)源,蒸 氣分子向各個方向均勻發(fā)射，二是面蒸發(fā)源，蒸氣的密度按所研究的方向與表面法線 間的夾角呈余弦分布，對于實際蒸 n發(fā)源用 CosO 分布來描述更為合理，n 二 0 為點源，n 二 1 為面源。經(jīng)過一些必要 的假定就可從理論上計算出膜的

8、壓度和分布情況。假定：1 ：蒸發(fā)分子之 0-3 04 0：& 08110 2 8 4 5 6 7 8 lb tlowco拙 .労護W 間以及與空氣分子間沒有碰撞，分子作直線運動,2:沉淀到基片上的蒸發(fā)分子 全部凝聚成密度和大塊材料相同的薄膜,3:蒸發(fā)源的發(fā)射特性不隨時間改變，例 如，沒有蒸發(fā)源的熱變形。 1) .蒸發(fā)源膜厚分布的理論上訃算。 單位時間內(nèi)通過任何方向的一立體角 d3,如圖所示，的質(zhì)量為： mdnrXda . (7. 2. 4T) 4, 如蒸氣分子全部到達斜面 dS 上，則 2 Cos, mdm= X XdS . (7. 2. 4-2) 224, r 設物質(zhì)地密度為 P ,

9、單位時間凝聚在 dS 上的的厚 2 度為 t,則 dm=P XtXdS 上 . (7.2. 4-3) 2 比較(7. 2. 4-2)和(7. 2. 4-3)得： ICos, mt=XX . (7. 2. 4-4) 2, 4, r 2) .面蒸發(fā)源膜厚分布的理論上計算。如果蒸發(fā)源是個面，其發(fā)射范圍為半 球，考濾其中的一小部分 dS,如圖五所示，與蒸發(fā)方向成 0 角 1 dsCos, 2 傾斜的小平面 dS所張的立體角是 da 二，單 22r 位時間內(nèi)通過任何方 向的一立體角 d3 的質(zhì)量為： Cos,二 CXXd3 二 t 二 CX X XdS,先假定接收 mmdm22r 2 面為為球面的一部分

10、，則 0 二 0, dS=2nrSin(ld(l)o 2 ,/2 dm在半球面上積分得:二二 C,所 mm2, Cos, Sin, d, 0 以 C=1/ Ji o 根據(jù)余弦定律，單位時間內(nèi)通過 4)方向的一立體角 da 淀積在 dS 面上的膜質(zhì)量為：2如蒸氣分子全部到達斜面 dS ,則 2 m=Cos Cos 0 dS . (7) dm22, r 而=p XtXdS . (8) dm2 m 所以 t=Cos 4Cos 0 . (9) 2, r, 圖（五）點、面蒸發(fā)源的發(fā)射特性 山于鋁對螺旋形鉤絲有濕潤性，其發(fā)射特性接近柱狀蒸發(fā)源，蒸發(fā)源膜厚分布 非常復雜，對于較短的螺旋形鉤絲，可將其近似成點

11、蒸發(fā)源處理。 薄膜片度的均勻性不僅和蒸發(fā)源的形狀、發(fā)射特性以及蒸發(fā)源和基片之間的相 對位路有關(guān)，而且與放賂基片的夾具狀況（是平面狀還是球面狀，是否旋轉(zhuǎn),等）， 基片溫度等密切相關(guān)，此外，為了獲得更好的均勻性，往往采用遮擋板技術(shù)：即根 據(jù)蒸汽分子直線發(fā)射的特點，在基片附近放路一塊特定形狀的遮擋板，讓不需要的 分子沉積在遮擋板上，而不沉積在基片上，從而改變基片上的膜片分布。 2、真空鍍鋁實驗 圖（六）是 DM-450A鍍膜機的結(jié)構(gòu)原理圖:其中 1,電離規(guī)管，熱偶真空計滿表后 才m=Cos d 3 dm, 能開電離真空計,2, GI-200 型高真空蝶閥，鍍膜室應有 5 帕以上的預備真空 度，擴散泵

12、加熱（此時，冷卻水應開通,低閥應推進抽擴散泵系統(tǒng)）半小時以上，才可 開高真空蝶閥,3, DY-200A型擋油器,4, K20 型油擴散泵,5, 2XZ-8 型機械泵,6, DC-30 型低真空磁力閥，機械泵電源關(guān)閉時，該閥自動向機械泵放大氣,7,儲氣 罐,8, DS-30 形低真空三通閥，低真空閥拉出是抽鍍膜室，低真空閥推進抽擴散泵 系統(tǒng)9, CQF-8 型磁力充氣閥，升起鍍膜室鐘罩時，應先用充氣閥向鍍膜室充入大 氣（此時，低真空閥應拉出， 高真空蝶閥應關(guān)閉，10,熱偶規(guī)管，11,鍍膜室，12, ZF-85 型針型閥，13,擋 板，14,側(cè)觀察窗，16,上觀察窗，17,夾具,18, 19,冷卻

13、水,20,離子轟擊環(huán)。 當鍍膜室抽到高真空時，將擋板遮蓋好磚絲，以防預熔時蒸散的鋁噴到基片 上，然后慢慢通電加熱磚絲，使鋁熔化而沾附在螺旋鉤絲上，這個過程稱為預熔， 預熔的 U的是將原來吸收在鋁中的雜質(zhì)排除出去，這樣鋁在蒸發(fā)時就不會大量放氣 而破壞真空度，同時也有利于保證膜層的純度。 圖（六）DM-450A 型真空鍍 膜機原理圖 離子轟擊是基片清潔的最后一個環(huán)節(jié)，其工作 原理是基于低壓氣體的輝光放電，離子轟擊時，基片應浸入陽極光柱中，由于 電子獲得的速度比離子大，基片很快就帶負電，正離子在負電荷的吸引下轟擊基 片，電 子，離子，激活原子和分子的共同轟擊，一方面可使基片穩(wěn)度加熱達 100? 以上

14、，并提供活化表面以利于薄膜凝結(jié)成核，另一方面可使表面污染的碳氫化合 物分解。離子轟擊結(jié)束后，應盡快鍍膜，因隨著轟擊到鍍膜的時間隔增大，基片有 可能重新被水蒸汽和油蒸汽污染，轟擊效果迅速退化。 離子轟擊時，慢慢加大轟擊電壓，并觀察鍍膜室內(nèi)氣體輝光放電顏色和轟擊電 流以及真空度的變化，其間，當氣壓升到 15 帕以上時，應將低閥拉出抽鍍膜室至 5 帕以下，再將低閥推進繼續(xù)抽擴散泵系統(tǒng)，反復進行，算好時間，轟擊完成剛好 擴散泵電源加熱半小時以上。 基片清潔直接影響到鋁膜的附著力，污點和針孔的程度。常用的基片清潔方法 有酸洗、堿洗、有機溶劑、和超聲波清洗等，視不同的基片材料和不同的要求而 定。 本實驗是

15、用電阻式加熱蒸發(fā)源-螺旋形鉤絲制 備鋁膜，螺旋形鉤絲相當于一個電阻，通電后產(chǎn)生熱量，電阻率也隨之加大， 當溫度為 1000?左右時，蒸發(fā)源的電阻率約為室溫時的 5 倍，蒸發(fā)源產(chǎn)生的焦耳熱 就足以使鋁原子獲得足夠大的動能而蒸發(fā)。鋁絲或鋁片懸掛在螺旋形鉤絲上，如圖 （七,所示。 圖（七）螺旋形鉤絲熱蒸發(fā)源 鋁的熔化溫度約為 670?,采用絲狀蒸發(fā)源是因為鋁對鵠絲有濕潤性，蒸發(fā)是從 大的表面上進行，而且比較穩(wěn)定，這種濕潤性和鉤絲表面的溫度有關(guān)。如果溫度過 高，鋁和鉤在高溫下會形成合金， 很容易造成鉤絲嚴重變形其至燒斷以及鋁的噴 濺， 如果溫度過低，慢速蒸發(fā)的鋁膜分子結(jié)構(gòu)有聚集成塊的結(jié)構(gòu)趨勢，加大了膜

16、層 的反射吸收，同時會導致膜層的氧化污染，也容易造成鋁膜的附著力變差。鋁膜的 蒸發(fā)速率為 50, lOOnm/s 較好，基片溫度應小于 50?,此外，隨著鋁原子入射角的 加大，短波區(qū)域,460nm,的反射率明顯降低，膜層會產(chǎn)生藍光散射。新沉積的鋁膜 暴露于常溫大氣中，表面立即形成一層非晶態(tài)透明三氧化二鋁膜，一個月后可達約 30 埃厚，慢速蒸發(fā)的鋁膜可達約 90 埃厚，使 鋁膜的反射率明顯下降，通常在鋁膜表面加鍍一層 ，厚度為,A =550nm, MgF 或 SiO 膜作保護。鋁膜 2232 片度是影響其性能的重要因素，不同厚度的鋁膜其反射率變化如圖(八)所示, 4 很 3 刪曲 沖婭3 些砂論

17、加仕佃。以(以刪從 14 Wavelength (nm) 圖(八)膜厚為 1、2、4、8、16、32、64、 128nm的鋁膜反射率的理論曲線 當金屬厚度達到一定程度時，基底的影響可以忽略，在一個比較大的范圍內(nèi)反 射率與厚度基本無關(guān)，其反射率計算公式為： 2221, (n, ik) (1, n), k R, 221, (n, ik) (1, n), k 其中 n為鋁的折射率,k為鋁的消光系數(shù),它們都和波長有關(guān)。 將清潔好的玻璃片，放于夾具上的不同位路,鍍完鋁 100 不同卑廈AI臓妁反射時比 909O7O60S04030201O 膜后取出，用干涉顯微鏡測量鋁膜的片度，干涉顯微鏡的構(gòu)造和操作參閱

18、實驗 室的使用說明書。鋁膜的反射率用 HeYe 激光器測量。分析并討膜厚分布的特點以 及反射率和膜厚的關(guān)系。 3、思考與討論： 1. 解釋實驗全過程中鍍膜室內(nèi)壓強變化的 原因。 2. 影響鋁膜反射率的主要因素有哪些， 3. 如何提高鋁膜在玻璃表面的附著力， 4. 操作規(guī)程： 1,開冷卻水，開電源，開充氣閥，充氣完畢，升 起鍍膜室鐘罩，將鋁絲放于磚絲上，將清潔好的 基片賂于夾具上面，調(diào)整好觀察窗上的觀察位賂。2,降落鍍膜室鐘罩，開機 械泵，低閥拉出抽鍍膜 室,開熱偶真空計，至 5 帕。 3, 低閥推進抽擴散泵系統(tǒng)，開擴散泵電源加熱半 小時以上。 4, 開離子轟擊電源，慢慢加大轟擊電壓，并觀察 鍍

19、膜室內(nèi)氣體輝光放電顏色和轟擊電流以及真空 度的變化，其間，當氣壓升到 15 帕以上時，應將 低閥拉出抽鍍膜室至 5 帕以下，再將低閥推進繼 續(xù)抽擴散泵系統(tǒng)，反復進行，算好時間，轟擊十 分鐘，轟擊完成剛好擴散泵電源加熱半小時以上。 開高閥，低閥必須推進抽擴散泵系統(tǒng)，鍍膜室 5, 應有 5 帕的預備真空度，熱偶真空計滿表后才能 -3 開電離真空計，抽高真空至 lOPa,記錄真空度。6,關(guān)好擋板，慢慢加大 電流預熔鋁絲，并仔細觀 察鋁絲熔化狀況和真空度的變化。 7,預熔完畢，立即將電流略微加大一點，約 0A,打開擋板蒸發(fā)，并仔細觀察鋁的蒸發(fā)狀況， 蒸鍍完畢，關(guān)好擋板和蒸發(fā)電源，記錄真空度的 變化,蒸

20、發(fā)時間以及轟擊完畢至蒸鍍完畢的時間 隔。 &關(guān)高閥，關(guān)擴散泵電源，機械泵繼續(xù)抽擴散泵 系統(tǒng)，冷卻半小時以上（其間做好膜卑測量的準 備工作），開充氣閥，充氣完畢，升起鍍膜室鐘罩， 將基片取出，降落鍍膜室鐘罩，開機械泵，低閥 拉出抽鍍膜室至 5 帕，然后將低閥推進繼續(xù)抽擴 散泵系統(tǒng) 15 分鐘以上。 9（測量膜斥和反射率。測量完畢，將鍍膜機的低閥 拉出，關(guān)機械泵電源，關(guān)鍍膜機總電源，關(guān)冷卻 水。 真空鍍膜實驗教學研究 曾長發(fā)王嘉輝 ，中山大學理工學院廣州 510275, 摘要:根據(jù)“真空鍍膜”實驗課和大學生的學習特點以引導學生仔細觀察鍍 膜機各組成部分的運動規(guī)律對鍍膜室中真空度的影響為主線

21、針對真空熱蒸發(fā)鍍膜 的三個物理過程是如何順利實現(xiàn)的并對 DM450-A型鍍膜機的作了適當?shù)母倪M來 分析和探討真空鍍膜實驗課教學規(guī)律力求達到優(yōu)化教學活動和提高教學效果的口 的。 關(guān)鍵詞:真空鍍膜，平面鏡成像直接監(jiān)控，實驗教學中圖分類號:G523 文獻標識碼:A 文章編號：10086765 （2004） 02008602 1（概述 隨著真空技術(shù)的不斷發(fā)展真空鍍膜技術(shù)已已滲透到光學儀器、激光技術(shù)、光 電子技術(shù)、半導體器件技術(shù)、照明工程、建筑材料、光纖通訊、薄膜超導、航空航 天、能源、機械、計算機及聲像產(chǎn)品的光磁薄膜記錄等諸多高新技術(shù)領(lǐng)域以其特 有的往往是不可替代的工藝技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用（ 為

22、適應社會和科技發(fā)展變化的需要如何開展真空鍍膜實驗教學，提高教學質(zhì) 量使不同專業(yè)的學生根據(jù)自己所學專業(yè)來了解掌握 真空鍍膜技術(shù)。是我們必然面對的一個新課題。這個實驗的綜合性很強涉及 的物理知識面較廣曲于大多數(shù)學生的認知結(jié)構(gòu)中缺乏有關(guān)“真空鍍膜”的知識 而且動手能力不夠強所以均反映這堂課難學。我們針對“真空鍍膜”實驗課和大 學生的學習特點從著重培養(yǎng)學生綜合利用所學物理知識原理去掌握具有較高實驗 丄藝技能要求與現(xiàn)代科技發(fā)展結(jié)合緊密的物理實驗的角度出發(fā)針對真空熱蒸發(fā)鍍 膜的三個物理過程即： ，一，（采用蒸發(fā)或升華把固態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)， ，二，（原子（分子）從蒸發(fā)源遷移到基片上， ，三，（基片表面上膜粒

23、子重新排列而凝聚。 是如何順利實現(xiàn)的并對 DM450-A型鍍膜機的作了適當?shù)母倪M來分析和探討 真空鍍膜實驗課教學規(guī)律力求達到優(yōu)化教學活動和提高教學效果的 U 的。 2（真空鍍膜實驗教學內(nèi)容分析 真空鍍膜實驗主要包括包括熟練掌握真空鍍膜設備的丄作過程和操作規(guī)程、成 膜材料性能分析、薄膜制備技術(shù)與工藝以及薄膜結(jié)構(gòu)的設計，膜網(wǎng)控制和薄膜特性 測量等方面的內(nèi)容在“真空鍍膜”實驗教學過程中首先要引導學生認真預習 重點了解鍍膜機結(jié)構(gòu)和操作規(guī)程寫好實驗預習報告。真空鍍膜機主要山 4 個部分 組成：，A,（鍍膜室:主要包括四對螺旋狀鉤絲或舟狀蒸發(fā)加熱器，旋轉(zhuǎn)基 片支架，烘烤加熱器，熱電偶測溫探頭，離子轟擊環(huán)，

24、針閥， 觀察窗等。 ,B，（真空獲得系統(tǒng)。它主要山機械泵、擴散泵、高低真空閥、充氣 閥、擋油器及電磁閥等組成電磁閥可防機械泵返油。，C，（真空測量系統(tǒng)。 它山熱偶計和電離計組合的復合真空計而成 2-1 熱偶計是用于測量低真空度范圍 10 , 10 Pa電離計是用 -1-6 于測量高真空度范圍 10 , 10 Pao ,D,（電路控制系統(tǒng)。它主要山機械泵、擴散泵、電磁閥控制電路和 鍍膜蒸發(fā)加熱器控制電路、鐘罩升降控制電路、基片支架旋轉(zhuǎn) 調(diào)速控制電路、烘烤加熱溫度控制電路、離子轟擊電路等組成。 在實驗教學過程中以引導學生仔細觀察鍍膜機各組成部分的運動規(guī)律對鍍膜 室中真空度的影響，例如一是一直呈下降

25、趨勢的壓強曲線為何在途中出現(xiàn)回升現(xiàn) 象等,為主線并運用所學的物理，電匸電路等方面的知識解釋使學生較好掌握真 空鍍膜設備的工作過程和操作規(guī)程以及真空技術(shù)知識。為不同專業(yè)背景的的學生進 一不開展相關(guān)實驗打下一個良好的基礎(chǔ)同時還應特別強調(diào)擴散泵冷卻水的通斷 直接影響整套實驗系統(tǒng)的安全低真空下不能開啟電離真空等基本安全措施。 3（真空鍍膜實驗設備的改進 DM450-A型鍍膜機雖然配有四個蒸發(fā)電極但進行鍍鋁膜實驗時山于蒸發(fā)時 間很短僅笫一個蒸發(fā)電極還沒用畢在觀察窗上就迅速沉積了一層鋁膜學生難 以清楚觀察到蒸發(fā)過程如果多個學生進行該實驗下一個學生操作時預熔過程 也看不清根據(jù)學生實驗過程的具體情況我們設訃了

26、簡便、穩(wěn)定的平面鏡成像 法一通過調(diào)整 兩塊平面反射鏡的相對位路與立體角將鉤絲成像于觀察窗的后方同時遮擋 可能射向觀察窗玻璃的鋁原子這樣，隨著蒸鍍過程的進行，觀察窗上始終不會鍍 上鋁膜，一直可清晰觀察到四個磚絲的像。 此外DM450-A型鍍膜機沒有膜厚控制系統(tǒng)。加鍍保護膜時無法掌握其最佳厚 度。也無法掌握鋁膜最大反射率的最佳停鍍點我們采用紅色氨氛激光器或綠色氨 氛激光器硅光電池和多量程微安表組成一個簡單的膜厚控制系統(tǒng)通過直接監(jiān)測 反射光強的變化來監(jiān)控最佳停鍍點。 通過對 DM450-A 型鍍膜機的改進不僅增加了實驗內(nèi)容,提高了實驗檔次改 善了實驗效果而且可同時容納多名學生進行該實驗大大提高了設備

27、的使用效 率。改進后的鍍膜機原理圖如圖一所示。 比較片 氧 氣觀察窗瓶 觀察者 磚絲虛像 磚絲 檢流計 硅光電池 330 或 632. 8nm He-Ne激光器 圖中為反射鏡 圖一、改進后的鍍膜機原理圖 4（理論計算 22 光線垂直入射時鋁膜的反射率為 R二1-(n-ik)/l+(n+ik), 1 若在鋁膜上加鍍二層光學厚度為 X/4 的介質(zhì)膜(玻璃+Al+n+n)則 021 其反射 率為： nn22222211)(nik)/1+()(nik) ( nn) R=l-(221 nn22 對于鋁膜取 n-ik 二 0. 82-5. 99i;則 R?91. 5%,若再加上更加牢 1 nl 固的 Mg

28、F/CeO 保護膜則 R?94. 2%(?2. 7)。為使反射率 R 盡可 2222n2 能達到最大值n層的光學厚度并非 X/4,因金屬一介質(zhì)膜界面存在 20 反射相位的變化計算表明：n層的實際厚度應為：2 ,2nk002 nd=(j+1)+Arctan(-) 2222244, n, n, k2 其中 j為零或整數(shù)，n 為 MgF 的折射率n為 CeO 的折射率2212K二 n-ik為鋁 的光學常數(shù)取 n 二 1. 38, n 二 2. 2, K二 nik=0. 82-5. 99i, 21 ,0 則 nd 二 0. 87,反射率 R 在波長 545nm處的最大值為 98. 2%(考慮了 222

29、40530nm 的激光約 15 的斜入射角產(chǎn)生的偏差)。 5(實驗過程與結(jié)果分析 ,A,(鋁膜蒸發(fā)實驗 -3 將真空抽到達 1 X 10Pa 后,緩慢加大預熔電流預熔電流的大小要通過仔細 觀察鋁絲的熔化狀況加以調(diào)節(jié)實驗表明：四個蒸發(fā)舟的平面鏡成像非常清楚即 使最后一個舟的熔化狀況也清晰可見。 鋁膜的蒸發(fā)過程也可清晰觀察如果液態(tài)鋁滴殘留于鉤絲上容易造成鉤絲折 斷如果蒸發(fā)時間過長可觀察到反射率明顯變小慢速蒸發(fā)的鋁膜分子結(jié)構(gòu)有聚 集成塊的結(jié)構(gòu)趨勢,加大膜層的反射吸收，同時會導致膜層的氧化污染。約 35 秒的 蒸發(fā)時間鋁膜的反射率為 88%左右,，約 8 秒的蒸發(fā)時間，鋁膜反射率為 91%左右， 如果蒸發(fā)電 流過大容易造成鉤絲嚴重變形和鋁的噴濺如果蒸發(fā)電流過小則容易造成 鋁膜的附著力變差。 ,B,(鋁膜上蒸鍍 SiO 保護膜實驗 SiO(n 二 1. 52-1. 55)是保護鋁膜特別有效的膜層在 300nm-8 n m23 波