光学薄膜技术简介
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光学薄膜技术简介. 高意光学薄膜中心 王启平. Photop Confidential. 光学薄膜的作用及回顾. 光学薄膜在光学系统中的作用就是功能函数 光学薄膜发展的三个跃迁点 : 1. 真空的实现 (1930) 2. 激光的出现 (1962) 3. 光通讯技术的推动 (1997). 光学薄膜从设计到制备过程. 根据设计输入及经验确立膜系结构 使用设计软件并人为引导优化的方向进行设计 依据设备特点制定控制策略 测试制备结果 反演过程及调整控制策略. 光学薄膜设计.

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光学薄膜技术简介

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Presentation Transcript


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光学薄膜技术简介

高意光学薄膜中心 王启平

Photop Confidential


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光学薄膜的作用及回顾

  • 光学薄膜在光学系统中的作用就是功能函数

    光学薄膜发展的三个跃迁点:

    1.真空的实现(1930)

    2.激光的出现(1962)

    3.光通讯技术的推动(1997)


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光学薄膜从设计到制备过程

  • 根据设计输入及经验确立膜系结构

  • 使用设计软件并人为引导优化的方向进行设计

  • 依据设备特点制定控制策略

  • 测试制备结果

  • 反演过程及调整控制策略


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光学薄膜设计

输入:使用条件(入射角,入射介质,基片材料),光性要求(工作波长,反射率,透过率,偏振态,位相,颜色等)

输出:膜系,广义的是可直接执行的程序(RUNSHEET,包括控制方式及设置)

验证:(间接)分光光度计。

评价设计的标准: (容限,材料的种类,工艺时间)

Photop Confidential


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Photop Confidential


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矩阵法


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反射率

透射率

吸收率

反射相移


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矢量法

如果忽略膜层内的多次反射,则合成的振幅反射系数由每一界面的反射系数的矢量和确定。每个界面的反射系数都联带着一个特定的相位滞后,它对应于光波从入射表面进至该界面又回到入射表面的过程


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麦克劳得导纳图解技术简介

  • 如果从基片开始通过每一层膜直到多层膜的前表面,把 平行于基片的任意平面处的光学导纳画在一复平面上则描述了整个生长过程中多层膜导纳的变化轨迹。对于每一层介质膜,导纳轨迹是圆心位于实轴上的园或圆弧。

  • 增透膜和高反膜的导纳图(直接在软件上演示)


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设计中常用工具

  • ¼光学厚度层

    nd=1/4*λ0

  • ½光学厚度层

    nd=1/2*λ0

  • 布儒斯特效应


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典型膜系介绍

  • 增透膜

  • 反射膜(镜)

  • 分光(束)膜

  • 滤光(分色)膜

  • 负滤光膜


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增透膜

  • Sub/L/Air, 拓宽加一层虚设层λ/2

  • Sub/2HL/Air, 减少主波段反射率,加一层中间折射率层

  • Sub/M2HL/Air, 用等效层替代中间折射率层

  • Sub/HLHL/Air


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反射膜(镜)

  • 金属反射膜,增强型金属反射膜

    Sub/M/Air, Sub/M(LH) n/Air

    光学薄膜中常用的金属材料:Al,Ag,Au,Cu,Ni-Cr

  • 介质高反膜

    Sub/(HL)nH/Air 或Sub/(LH)n/Air


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分光(束)膜

  • 平均能量分光

    Sub/2HLHLH/Air

  • 偏振分光(利用布儒斯特效应)

    片型:Sub/(HL)n/Air, 棱镜型: Sub/(HL)n /Sub

  • 消偏振分光(Non-polarization beamspillter)

    (HMLM)n


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滤光(分色)膜

  • 长波通

    (0.5HL0.5H)n

  • 短波通

    (0.5LH0.5L)n

  • 带通滤光片

    (HLH2LHLH)n


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负滤光膜

美国某公司产品


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薄膜的沉积方式

  • 化学镀(CVD)主要用于半导体行业

  • 物理镀(PVD)

    蒸发(阻蒸,电子枪蒸发,荷能辅助及反应蒸发),

    溅射(直流,射频,磁控,离子),

    离子镀


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典型的镀膜机介绍

  • LEYBOLD APS系列

    电子枪,OMS(6片,50片式新12片)光控系统,APS离子源

  • OPTORUN OTFC系列

    Jeol电子枪,(60点式)光控系统,17cmRF离子源

  • VEECO SPECTOR

    16cmRF离子源,离子溅射,12cmRF辅助

  • SHINCRON RAS系列/原OCLI MATEMODE

    滚筒式反应溅射


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光源

光纤

监控片

真空室

光谱仪

光纤

光学膜厚监控软件

IAD镀膜机的构造

辅助系统

--离子源

--温控

--工作气体

膜厚控制系统

离子

真空

系统

蒸发控

制系统


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溅射镀膜机的构造

辅助

靶材

靶材

离子源

待镀基片


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RAS机构造

靶材Si

O+

氧离子

发生器

氧离子

发生器

靶材Nb


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目前热门镀膜设备比较


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镀膜的生产要素及管理

  • 工艺准备:

    膜系设计,

    制定镀膜工艺卡,

    试镀

  • 工夹具准备

    设计,加工,验证

  • 设备及后备支持

    膜料,耗材,测试片


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当前光学薄膜技术的难点问题

  • 高激光损伤阈值膜(技术问题)

  • 负滤光膜(设计及技术问题)

  • 相位特性膜(设计及技术问题)


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