2光学薄膜

光学薄膜介绍及应用

1. 增透膜

蓝宝石衬底上的增透膜，氧化硅(SiO2)膜具有熔点高、抗磨耐腐蚀、保护能力强、对光的散射吸收小等优良性能, 使得SiO2非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透保护薄膜。

利用射频磁控反应溅射法制备出所设计的增透膜系。结果表明, 蓝宝石衬底上镀单层及多层增透膜系后红外透过率明显提高；当蓝宝石衬底双面镀SiO2膜后, 在3~5um波段范围内, 平均透过率达到96.43%,比未镀膜时的平均透过率87.01%提高了9.42%,满足了设计使用要求。

2. 高反膜

制备出高性能的193nm 激光高反膜具有重要的应用价值。在对不同材料组合高反膜性能分析比较的基础上, 对应用于高反膜膜材料组合进行了优化选择, 以

NdF3/ AlF3为材料对, 设计制备了193nm 高反膜。193nm 氟化物高反膜的反射率达到96%。

3. 太阳能选择性吸收膜

太阳能选择性吸收膜要求在可见光及近红外波段反射率尽可能低(吸收比尽可能高), 在红外波段反射率尽可能高(发射率尽可能低) 。

AlCN 太阳能选择性吸收薄膜的结构如图所示。它由玻璃基片上相继沉积的五层膜构成:最下面是一层非反应溅射沉积的足够厚的(200nm左右) 铝金属膜。其上是反应溅射制备的成份渐变的四层AlCN 薄膜, 按从底层到表层的顺序,Al 的含量逐渐减少, 而N 、C 的含量逐渐增多, 直到表层的介质膜。按此顺序, 我们将这四层膜

依次称为AlCN-1,AlCN-2,AlCN-3,AlCN-4。

4. 光无源器件薄膜

光无源器件包括光纤连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光开关、光调制器等, 它是光纤通信设备的重要组成部分, 由于其工作原理遵循光线理论和电磁波理论, 故薄膜器件部分的结构设计和工作原理与薄膜技术息息相关。例如, 大容量光纤通信要求光纤连接器插入损耗在0.1～0.5dB 之间, 平均值为0.3dB, 随着新技术、新工艺的应用可望降低到0.1dB, 大大提高回波损耗。如果采用镀膜工艺在光纤连接器球面上镀增透膜, 如SiO2、Ta2O5、MgF2、ZnO2、Al2O3、CeO2等使回波损耗提高到70dB 以上。同时在插针的端面采用光集成工艺, 镀上半透膜、减反膜和偏振膜, 可以组成不同功能的多用插头。此外, 波分复用器(WDM)在宽带高速光通信系统、接入网、全光网络等领域中有着广泛的应用前景。其中干涉膜型波分复用器采用的是由多层介质膜镀制成的截止滤波片或带通滤波片, 如

1310/1550nm的波分复用器用的是长波通和带通滤波膜, 采用的膜料大多是SiO2和TiO2。当多层介质膜为超窄带滤波膜时, 即可构成密集型波分复用器(DWDM),复用间隔可小至1nm 。这种滤波片是在多腔微离子体条件下制备的高稳定带通滤波片, 其波长随温度变化小于0.004nm/℃。

5. 软X 射线多层膜

制备软X 射线多层膜最常用的有三种方法:电子束蒸发、离子束溅射以及磁控溅射。

用DC 和RF 磁控溅射法制备出了波长小于10nm 波段的Mo/B4C软X 射线多层膜反射镜。掠入射X 射线衍射仪的测量结果表明, 磁控溅射法有很高的控制精度, 制备出的Mo/B4C软X 射线多层膜周期结构非常好, 表(界) 面粗糙度非常小, 约为0.4nm 。

从样品的衍射曲线可以看出, 在每级衍射峰周围几乎都没有出现次峰, 这说明了多层膜结构非常好, 制备过程中由于控制问题引起的周期膜厚偏离设计值很小。

6. 类金刚石及金刚石膜

金刚石膜及类金刚石(DLC)膜由于具有宽光谱透过率高、硬度高、摩擦系数小、化学稳定性好等优点，可以作为多种光学材料如硅、锗、玻璃、硫化锌、MgF2，HgCdTe ，KCl 等的增透/保护膜，起到抗磨损、抗腐蚀、抗潮解和抗氧化的作用。金刚石膜及类金刚石膜已被应用于太阳能硅电池、高功率CO2激光器窗口、潜望镜红外(IR)

窗口、飞机前视红外窗口、导弹头罩窗口和宇航探测器等。

7. 干涉截止滤光片

随着光谱干涉技术、激光技术以及光通信技术的迅速发展[1],对WDM(波分复用) 器件的性能提出了更高的要求. 介质薄膜型波分复用器是在温度性能稳定的基片上淀积多层介质薄膜, 利用薄膜干涉原理, 使之具有对某一波长范围呈通带、对另外波长范围呈阻带的滤波特性, 利用这种特定波长选择特性的干涉滤光片就可以将不同的波长分离或者合并起来。

8. 能量分光膜

可将入射光能量的一部分透射, 另一部分反射分成两束光, 最常用的是

T:R=50:50的分光膜。可用金属、介质组合膜系, 即利用金属Ag 诱导增透原理来实现光谱分光要求。

9. 宽带通滤光膜

宽带通滤光膜, 如图3(g)最近最成功的应用, 是用于制造低辐射玻璃(LOW-E玻璃), 可以用于发展一种反射热能量而又可透过太阳光的建筑窗口玻璃。

分析红外带通滤光片几种设计方法的特点，并结合实际镀制工艺技术，采用了长波通与短波通及非规整薄膜设计技术相结合的方法，设计了以锗材料为基底的中波３μｍ～５μｍ宽带通滤光膜。

10. 窄带通滤波器

在光学仪器中具有获得单色光和抑制系统光背景的作用, 在光学、医学、刑侦、通讯、生化等领域得到了广泛的应用。超窄带滤光片在光通讯中成功地应用于制造密集型的波分复用器(DWDM),从而使光通讯技术实用化向前迈了一大步。

一种小型化带通滤波器结构及其设计方法. 该滤波器具有良好的窄带滤波特性和高次谐波抑制功能, 其高次谐波抑制特性由谐振加载耦合微带线结构所产生的多个传输零点来实现, 其中心工作频率和带宽则由短路短截线特性决定。

参考文献

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