光学薄膜的制备与特性研究.pptVIP

实验5 光学薄膜的制备与特性研究 1、实验室可提供的仪器设备及材料 1．玻璃基体；2．清洗剂（丙酮、无水乙醇、蒸馏水）；3．镀膜材料（ZnS、MgF2、SiO2、TiO2等）；4．ZZSX?800K型真空镀膜机；5．FCM?II型膜厚控制仪；6．WDG?30型光栅单色仪； 7．WGZ?8型双光束紫外?可见分光光度计；8．AFM-IIa型原子力显微镜；9．超声清洗机；10．吹风机 二、研究内容（任选一部分或几部分进行研究）、方法及其要求 1．对玻璃基体进行清洗。清洗流程为：蒸馏水清洗 → 纱布反复擦洗表面 → 无水乙醇中浸泡10分钟 → 蒸馏水多次冲洗 → 丙酮中浸泡10分钟 → 蒸馏水反复清洗 → 吹风机吹干 2．选取一种膜料并装入ZZSX?800K型真空镀膜机的坩埚内，真空度优于10-4Pa后，打开电子束蒸发电源并设计蒸发工艺（见说明书），对膜料先预熔2min以去除表面的污染物，然后镀镀制不同厚度d的薄膜（用FCM-II型石英晶体振荡器监控薄膜的厚度）。 四、参考文献 * * 一、研究的目的及意义 光学薄膜是现代光学仪器中极为重要的组成部分。为了减少各透射元件（如透镜、棱镜等）表面的反射损失，并降低因这些表面反射造成的“鬼影”，光学仪器中的增透膜（减反膜）几乎是不可缺少的；在反射型光学系统中，为了达到99%的反射率，必须使用多层介质高反膜，特别在激光器的制造中，谐振腔反射镜的反射率常常决定了整个激光器的输出功率；为了 从众多波长的入射光中选择某些波长的光，常需要宽带或窄带的干涉滤光膜，尤其在空间技术中，不允许使用较为笨重的单色仪，这种干涉滤光膜就成了选择波长的唯一方法；为了无损耗地起偏或检偏，用偏振薄膜代替各种昂贵的双折射晶体元件也有许多优点。 虽然许多光学薄膜的性能迥异，但他们的制备方法乃至薄膜材料却大致相同。本实验要求学生自行设计光学薄膜，包括选择薄膜材料、确定薄膜层数和各层厚度，并把它在ZZSX-800K型真空镀膜机上制备出来，再对薄膜的厚度、表面形貌、粗糙度等微观结构及光学性能进行测试分析。通过这一研究性试验，使学生了解高真空的获得与测量方法、掌握光学薄膜的工作原理、制备方法膜厚监控技术，学会薄膜的表面形貌和粗糙度等微观结构以及光学性能测量与表征方法。培养和提高学生从事科学研究的方法和能力 (一)设计与制备单层介质膜，测量表面形貌、粗糙度和透射率 3．用AFM-IIa型原子力显微镜分别观测不同厚度薄膜的表面形貌，可以观察到薄膜表面的高质量的平面图像与三维立体图像，并且给图像加以标尺标注。同时测量纳米级的微观粗糙度Rms。 4．作出Rms-d曲线,分析粗糙度Rms与膜厚d的关系及原因。 5．用WGZ?8型双光束紫外?可见分光光度计测量不同厚度薄膜的透射率T，作出T?Rms曲线并分析结果。 (二) 、设计与制备多层介质膜，测量表面形貌、粗糙度和透射率 1．对玻璃基体进行清洗。清洗流程为：蒸馏水清洗 → 纱布反复擦洗表面 → 无水乙醇中浸泡10分钟 → 蒸馏水多次冲洗 → 丙酮中浸泡10分钟 → 蒸馏水反复清洗 → 吹风机吹干。 2．选取二种膜料分别装入ZZSX?800K型真空镀膜机的相邻的两个坩埚内，真空度优于10-4Pa后，打开电子束蒸发电源并设定蒸发工艺（见说明书），对膜料先预熔2min以去除表面的污染物，然后镀镀制不同层数n和周期的薄膜（用FCM-II型石英晶体振荡器监控各层膜的厚度）。 3．用AFM-IIa型原子力显微镜分别观测不同厚度薄膜的表面形貌，可以观察到薄膜表面的高质量的平面图像与三维立体图像，并且给图像加以标尺标注。同时测量纳米级的微观粗糙度Rms。 4．作出Rms-n曲线,分析粗糙度Rms与层数n的关系及成因。 5．用WGZ?8型双光束紫外?可见分光光度计测量不同层数n薄膜的透射率T，作出T?Rms和T?n曲线并分析结果 1、张建民主编, 近代物理实验教程，陕西旅游出版社，2003年9月，P：183-199 2、田民波，刘德令编译，薄膜科学与技术手册，机械工业出版社，1991年9月。 3、章志鸣，沈元华，陈惠芬编，光学（第二版），高等教育出版社，2000年。 4、林永昌，卢维强编，光学薄膜原理，国防工业出版社，1990年 5、L. 埃克托瓦，王广阳等译，薄膜物理学，北京：科学出版社，1986。