真空鍍膜實(shí)驗(yàn)報(bào)告

_真空鍍膜實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：武曉忠學(xué)號(hào)：201211141046指導(dǎo)老師：王海波 _DM制，熟悉抽真空以及鍍膜機(jī)使用的方法。并通過(guò)TU1221真空雙光束紫外和可見光分光光度計(jì)測(cè)量T-【關(guān)鍵詞】抽真空干涉濾光片透過(guò)率【引言】自然界中許多美麗的景物，如蝴蝶翅膀，孔雀羽毛以及肥皂泡等，它們的的觀賞效的廣播的干涉有關(guān)。從而發(fā)現(xiàn)薄膜的干涉現(xiàn)色彩現(xiàn)象起，特別是1930年真空蒸發(fā)設(shè)備的出現(xiàn)后，人們對(duì)薄膜科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。在光學(xué)薄膜技術(shù)中，多層多周期的光學(xué)薄膜最為突出，而窄帶干涉濾光片則是這一技術(shù)學(xué)元件。一種典型的干涉濾光片是行的高反射率版，介質(zhì)莫層通常為冰晶石或氟化鎂等，作為間隔曾。這種干涉濾光片是在法布里-珀羅干涉儀，激光以及天文物理等許多科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。nd的透射峰值波長(zhǎng)λ，0λnd=0m,n?N2 (1)m涉腔的驚喜常熟，從而對(duì)濾光片的峰值透射率?和半寬度?λ產(chǎn)生影響。由濾光片特性曲線圖2.可見?一半處對(duì)應(yīng)的??波長(zhǎng)為λ和λ，相應(yīng)的透過(guò)率的寬度為?λ=λ?λ，這就是濾光片的性能的一個(gè)重要參1221__因銀層具有很強(qiáng)的吸收，用銀作反射的層的“金屬-介質(zhì)”干涉濾光片的透射率很難高于40%。而用多層透明介質(zhì)膜過(guò)程的高反射率膜板代替銀層構(gòu)成的干涉濾光片彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，課使峰值透射率高達(dá)80%以上。這就是全介質(zhì)型干涉濾光片。圖1.法布里-珀羅干涉濾光片結(jié)構(gòu)示意圖1、反射膜1)光線在單一分界面上的反射光線垂直入射到透明介質(zhì)界面時(shí)，反射系數(shù)r和反射率R分別為 (2) (3)??R=?2=(????)2r=????其中?,?分別是兩種介質(zhì)的折射率。 _在一般的情況下，光線以一定的角度入射到分界面上，這時(shí)，要求兩種偏振分量分別計(jì)分量s波。用上標(biāo)i,r和t分別表示入射波和投射波。于是，p波和s波的反射率和透射率分別為圖2.光線在單一界面上的反射r=pt=E=pEr=pt=E=pEiEtan(φiφt)itcos(φiφtitcos(φiφt)?sin(φiφt)p (4)pr=E=sin(φiφt)sEsin(φiφt)t=E=2?cosφi?sinφtsEsin(φiφt)這四個(gè)公式就是熟悉的菲涅爾公式，定義介質(zhì)的光學(xué)導(dǎo)納η=(5)其中，?為與界面垂直方向上的單位矢，?,?分別為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量和電場(chǎng)強(qiáng)度矢量。用腳標(biāo)“//”指平行于界面的方向。η大小既與戒指的折射率n有關(guān)，也與入射角φ和折射角iφ由折射定律t nisinφ= it和絕緣介質(zhì)界面上電磁的邊值關(guān)系?×(?t?i)=0，?×(?t?i)=0 ||= 可推出如下關(guān)系itη=ni，η=nt(pitpcosφpcosφitη=nη=nicosφ，η=ntcosφ(s波)sist (7) (9) (9)ηYη0 _于是可得振幅反射率及能量反射率itiηηr=(10ηηitηη2it2iR=ηη(11)itiηη (10)(11)兩式的η無(wú)論是p波還是s波都適用。由于不論對(duì)p分量還是s分量，在忽略吸收的條件下都有RT=1，因此，直到R后2)單層膜的反射生多光束干涉，如圖4.對(duì)這種情況下計(jì)算其反射率可以發(fā)現(xiàn)，可把它看做是如圖4那樣單一界0120面的情況，即可以把???0120以用(11)式來(lái)計(jì)算反射率R。Y稱為單層膜系統(tǒng)的有效導(dǎo)納。為了計(jì)算方便，我們采用矩陣法。單層膜系個(gè)各光學(xué)參數(shù)間的關(guān)系可用矩陣表示為：其中=1iηsinδ1isinδ1η111η2 (12)1?11δ=2π?1?11 (13)等式左邊的矩陣成為膜系數(shù)的特征矩陣，膜系數(shù)的有效導(dǎo)納Y由此矩陣的兩個(gè)矩陣元決定Y=??由此，單層膜的反射率為 (14)R=2ηYη00 (15)ii _圖3.單層薄膜的多光束干涉及其等效界面3)多層膜的反射率對(duì)于如圖5所示的多層介質(zhì)膜系，也可以把膜層?，?，……，?和基底?等效成有12??效導(dǎo)納為Y的單一界面，此時(shí)(14)式仍然成立，而(12)式對(duì)應(yīng)改為1()=()=∏Mi(η)0其中圖4.多層介質(zhì)膜系與等效界面iM=ii(iηisinδiisinδηii) (17) _為第i層的特征矩陣。即整個(gè)膜系的所有光學(xué)參數(shù)及其相對(duì)反射特性的影響取決于各膜在相位因子δ中，我們稱????cos??為第i層的光學(xué)厚度，當(dāng)它是λ/4的時(shí)候，膜層叫λ/4i層。若每層的光學(xué)厚度都是λ/4的整數(shù)倍，則整個(gè)膜系叫做λ/4膜系。我們用字母的排列GHLHHL表光學(xué)厚度為λ/4的高、低折射率膜層，G為基片。對(duì)????cos??=λ/4的膜系，δ=2?，cosδ=0，該層對(duì)應(yīng)的特征矩陣為ii2Y=?=η?(18)?η?22ηR=(0Y)2=1(19)0(1η)若η>η則i?，R為極大值，這樣的λ/4層為高反射層，若η<η若η>η則i?i??小值，這樣的λ/4為低反射層。2、窄帶全介質(zhì)干涉濾光片1)膜系結(jié)構(gòu)窄帶全介質(zhì)干涉濾光片的典型膜系為G(HL(2H)(LH?)。其中(LH)?是多層高反射率膜0HHLH做虛設(shè)。所以，它們對(duì)控制有極大的透過(guò)率值，而其他波長(zhǎng)則均低于此值，甚至透過(guò)率為零。?2?應(yīng)該指出，對(duì)控制波長(zhǎng)λ，間隔層的光學(xué)厚度n?2?0n??2?=?′=λ02(?′=1,2,3……)=λ/2，所以得到的干涉極大。0 (20)2)干涉濾光片的帶寬法布里-珀羅干涉儀的投射光強(qiáng)度公式 _I=I014R(sinδ)2(1?R)2 (21)其中R是反射的反射率。δ=2?=??cos?為間隔層厚度對(duì)應(yīng)的相位因子，I為投射光λ強(qiáng)度。對(duì)法布里-珀羅型濾光片，當(dāng)λ=λ時(shí)，δ=π，所以I=?為極大。若波長(zhǎng)λ′對(duì)應(yīng)的00′0光強(qiáng)度?/2，同一個(gè)間隔層對(duì)λ′相位差δ=?δπ，則00=00=0(22)214R(sin?δ)2(1?R)2對(duì)窄帶濾光片，λ′和λ相位差很小，所以?δ很小，(sin?δ)2≈(?δ)2。令0F=4R(1?R)2得到?δ=1√F′若?δ對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)變化為?λ=λλ，則0|λ|=||0一般定義通帶半帶寬?λ=2Δλ=1?Rλ0?√Rπ0可見，對(duì)給定峰值波長(zhǎng)λ，R越大，Δλ越?。桓缮婕?jí)m越大，Δλ越小。0003、膜厚的監(jiān)控準(zhǔn)確的控制每一層膜的厚度是制備多層介質(zhì)膜的關(guān)鍵。一般膜層厚度的允許的誤差最好小于2%，偶爾允許到5%.本實(shí)驗(yàn)采用極值法進(jìn)行膜厚控制。當(dāng)膜層的光學(xué)厚度為λ/4的整0數(shù)倍時(shí)，薄膜的透射率或反射率出現(xiàn)極值，即薄膜的透射率和反射率隨膜厚呈周期性變化。選定控制波長(zhǎng)λ后，將通過(guò)監(jiān)控片的光信號(hào)探測(cè)器接受，再放大顯示出來(lái)。電信號(hào)從每一個(gè)0極大到極小所對(duì)應(yīng)的厚度變化為λ/4。0 _實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖6，其操作原理電子槍蒸發(fā)源加熱使得H(硫化鋅ZnSnh=2.35)L(冰晶石Na3AlF6)的材料分別揮發(fā)到了基片上冷凝附著，光源射出的光通過(guò)斬波器后變成波長(zhǎng)在632.8nm左右的單色光，經(jīng)過(guò)基片，與基片表面上的膜發(fā)生干涉作用，透過(guò)的光強(qiáng)有所改變，當(dāng)薄膜厚度在1/4波長(zhǎng)時(shí)有極值出現(xiàn)，表現(xiàn)為光強(qiáng)的大小有極值。在通過(guò)反射鏡，放射至單色儀上，單色儀分離掉其他光束(632.8nm之外的)再經(jīng)過(guò)光電倍增管，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并于膜厚控制儀上顯示。當(dāng)出現(xiàn)極值時(shí)，也就是1/4波長(zhǎng)出現(xiàn)的時(shí)刻。1、濾光片的鍍制使基片傾斜。落下鐘罩，按鍍膜機(jī)操作規(guī)程對(duì)真空室進(jìn)行抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到7×103??以后，鍍上。當(dāng)真空度達(dá)到要求后，采用λ/4極值發(fā)控制光學(xué)厚度的方法進(jìn)行鍍制，可以選擇前面璃基片上鍍制H層。隨著膜層增厚，放大器指示的光電流將下降。當(dāng)光電流數(shù)值剛剛開始而上升，達(dá)到極值時(shí)停止鍍膜，重復(fù)以上步驟鍍H層。當(dāng)鍍制光學(xué)厚度為λ/2的間隔層時(shí)，厚度增加一倍，應(yīng)在光電流上升再下降到極值時(shí)停止。以后幾層同前幾層一樣控制，但變 _圖5.DM-450型鍍膜機(jī)鐘罩內(nèi)部構(gòu)建及監(jiān)控光路示意圖附：鍍膜計(jì)劃：2、光學(xué)鍍膜的測(cè)量測(cè)量在TU-1221雙光束紫外線和可見光光度計(jì)上進(jìn)行，直接測(cè)量T?λ曲線，從曲線上???、求出介質(zhì)干涉率濾光片的三個(gè)主要參數(shù)λ、??λ/???、0光光度計(jì)的工作原理如下：烏燈W或氘燈D發(fā)出的光經(jīng)過(guò)?、?和?準(zhǔn)直后照射到光12122柵G上，G衍射的光經(jīng)過(guò)?、?、?和?后由斬光器C分成兩路：一路是?、R和?組324568成的參考光路，另一路是?、S、?和?，樣品S放在此光路中。這兩路光強(qiáng)由光電倍增7