高折射率薄膜的化学法制备及多层反射膜的探索研究

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1、同济大学理学院博士学位论文高折射率薄膜的化学法制备及多层反射膜的探索研究姓名：罗爱云申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：沈军20070701摘要合理的热处理温度。结合采用原子力显微镜对Hf02和Zr02薄膜进行表面形貌表征，研究薄膜后处理工艺以及有机粘结剂的添加对薄膜表面形貌的影响，获得了表面粗糙度Ra低于lnm的高折射率薄膜。通过研究有机粘结剂的添加、无机材料复合、热处理工艺以及紫外辐照对高折射率薄膜抗激光损伤性能的影响，获得了提高高折射率薄膜激光损伤阈值的有效途径，成功制备了激光损伤阈值超过40J／cm2(1064nm，10ns)的Hf02和Z帕2薄膜。最后，形成了溶

2、胶一凝胶工艺制备Hf02高折射率薄膜的一般标准，为进一步大规模工业化量产奠定了基础。．论文第4章以多层高反膜的膜系理论为基础，利用软件EssentialMacloed对光学多层介质反射膜作了理论设计：用packingdensity的概念模拟了多孔薄膜，实现了材料折射率的可调节；利用反射率增幅分析与膜层制备难度分析RelativeSensitivity来选择理想的膜系设计；通过计算分析了传统的四分之一波长膜系的光学特性，包括薄膜的反射率曲线，膜层的驻波场分布，入射角变化对膜层反射率曲线的影响，镀膜过程中的随机误差对膜层反射率曲线的影响；通过计算分析了非四分之一波长膜系的光学特性，包括高

3、折射率膜层的光学厚度对薄膜反射带分布的影响，对膜层驻波电场的分布的影响。论文第5章对化学法制备多层反射膜的工艺进行了探索。通过镀膜工序以及热处理方式的优化，制备中心波长处反射率为98．5％的lif02／Si02多层反射膜。通过改善热处理工艺、溶剂替换以及紫外光修饰等手段改善了多层反射膜的特性。研究了不同高、低折射率膜层匹配以及膜层叠加对多层反射膜性能的影响。最后，针对Hf02／Si02多层反射膜与Z吒12／Si02多层反射膜试验曲线与理论曲线的差异，采用膜系设计软件EssentialMacloed分别建立模型模拟膜层收缩、膜层折射率变化以及膜层相互渗透对多层反射膜反射率曲线的影响，证

4、明应对理想的理论模型进行修正后设计膜堆结构，为化学法镀制多层膜提供合理的理论依据。论文第6章为本工作的总结与展望，对工作的主要结论、主要创新点和进一步工作方向进行了简要的讨论。关键词：溶胶一凝胶法，水热合成，二氧化铪，二氧化锆，高折射率薄膜，膜系设计，多层反射膜ⅡAbstractABSTRACTSol-GeltechniquebecameaneweffectiveandcompetitivewaytOmakethinfilms、Ⅳithhighrefractiveindexbecauseofitslowcostandsimpleoperationcomparedwiththephys

5、icalvapordeposition6,vo)technology．Besides，Sol—Gel-derivedopticalthinfilms、蕊tllhighrefractiveindexhavemanyunusualproperties，suchasanadjustablerefractiveindex，ahigllporosity,acontrollablemicrostructureandahighlaserdamagethreshold．Inthisthesis，hafnia(Hf02)solsandzireonia(zr09solsarepreparedviaSol

6、—Gelprocess．Thefactorswhickwillaffectthesol·gelprocessarediscussedandtheoptimizedtechnicalparameterstOmakestablesolsareobtained．Theopticalandsurfacepropertiesofhafniafilmsandzirconiafilmsarecharacterized．Theimprovementofthesepropertiesisdiscussed．Thedesignofmulti-layerhighlyreflectivecoatings(n

7、gcoatings)ismadebyEssentialMacleodprogram．Thenmulti-layerHRcoatingsaremadeviachemicalmethod．InChapter1，thebackgroundandpurposeofthisresearchworkarebrieflyintroduced．Moreover,sometheoreticalconceptsandavailableitemsofSol—Gelprocess