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光學薄膜在高真空度的鍍膜腔中實現

發布時間:1970-01-01 08:00:00  瀏覽次數:

光學薄膜在高真空度的鍍膜腔中實現。常規鍍膜工藝要求升高基底溫度(通常約為300℃);而較先進的技術,如離子輔助沉積(IAD)可在室溫下進行。IAD工藝不但生產比常規鍍膜工藝具有更好物理特性的薄膜,而且可以應用于塑料制成的基底。

兩個電子槍源位于基板兩邊,周圍是環形罩并被擋板覆蓋。離子源位于中間,光控窗口在離子源的前方。圖19.13示出真空室的頂部,真空室里有含6個圓形夾具的行星系統。夾具用于放置被鍍膜的光學元件。使用行星系統是保證被蒸發材料在夾具區域內均勻分布的首選方法。夾具繞公共軸旋轉,同時繞其自身軸旋轉。光控和晶控處于行星驅動機械裝置的中部,驅動軸遮擋晶控。背面的大開口通向附加的高真空泵?;准訜嵯到y由4個石英燈組成,真空室的兩邊各兩個。

薄膜沉積的傳統方法一直是熱蒸發,或采用電阻加熱蒸發源或采用電子束蒸發源。薄膜特性主要決定于沉積原子的能量,傳統蒸發中原子的能量僅約0.1eV。IAD沉積導致電離化蒸汽的直接沉積并且給正在生長的膜增加活化能,通常為50eV量級。離子源將束流從離子槍指向基底表面和正在生長的薄膜來改善傳統電子束蒸發的薄膜特性。

薄膜的光學性質,如折射率、吸收和激光損傷閾值,主要依賴于膜層的顯微結構。薄膜材料、殘余氣壓和基底溫度都可能影響薄膜的顯微結構。如果蒸發沉積的原子在基底表面的遷移率低,則薄膜會含有微孔。當薄膜暴露于潮濕的空氣時,這些微孔逐漸被水汽所填充。

填充密度定義為薄膜固體部分的體積與薄膜的總體積(包括空隙和微孔)之比。對于光學薄膜,填充密度通常為0.75~1.0,大部分為0.85~0.95,很少達到1.0。小于l的填充密度使所蒸發材料的折射率低于其塊料的折射率。

在沉積過程中,每一層的厚度均由光學或石英晶體監控。這兩種技術各有優缺點,這里不作討論。其共同點是材料蒸發時它們均在真空中使用,因而,折射率是蒸發材料在真空中的折射率,而不是暴露于潮濕空氣中的材料折射率。薄膜吸收的潮氣取代微孔和空隙,造成薄膜的折射率升高。由于薄膜的物理厚度保持不變,這種折射率升高伴有相應的光學厚度的增加,反過來造成薄膜光譜特性向長波方向的漂移。為了減小由膜層內微孔的體積和數量所引起的這種光譜漂移,采用高能離子以將其動量傳遞給正在蒸發的材料原子,從而大大增加材料原子在基底表面處凝結期間的遷移率。


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