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等离子体源参数对氧化物薄膜的影响及褶皱滤光片的设计

惠冰  
【摘要】:褶皱滤光膜是基于非均匀膜层设计的截止滤光片,能够克服高、低折射率膜层分界面之间的跃变,有效降低高级次反射带并完全抑制在设计中采用大折射率对比度结构的二次谐波,在激光防护、光谱分析等领域具有重要作用。但是自然界中没有任何材料在相同波段的折射率是连续变化的,导致褶皱滤光片的制备十分困难,因此探究非均匀膜层的制备方法具有重要意义。本课题通过调整非接触式射频加热结构的空心阴极等离子体源参数,控制TiO_2薄膜的折射率,对制备的TiO_2薄膜的光学特性及结构进行研究。利用X射线衍射仪对薄膜晶体结构进行表征,分析TiO_2薄膜的晶体形态,选择Stephen K.O'Leary、S.R.Johnson和P.K.Lim(OJL)模型和Kramers-Kronig Relationship(K-K关系)拟合薄膜的光学常数并应用Clausius-Mosstti定律计算薄膜密度;通过调整等离子体源参数增大薄膜致密度,改变TiO_2薄膜折射率,薄膜逐渐由无定形的非晶结构转变为非晶体与晶体的混合结构,由此表明TiO_2薄膜的光学常数与等离子体源参数存在密切的线性关系。利用SEM观察到TiO_2薄膜柱状体变小,生长结构更为致密,膜层密度由0.51增加至0.65,膜层表面更平滑,证明了等离子体源功率的增加能够有效改善薄膜表面形貌。基于褶皱膜系设计理论,选取TiO_2的折射率范围为2.00~2.42,通过Mathcad软件进行编程计算TiO_2层膜的折射率分布曲线,并完成褶皱滤光膜的设计。通过实验制备了符合光谱要求的类褶皱滤光片,从而充分证明采用新型等离子体源辅助沉积可以实现渐变折射率膜层的制备。


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