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题名:
耐高温窗口增透技术研究
作者: 尚鹏
学位类别: 博士
答辩日期: 2015-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 熊胜明
关键词: 减反射薄膜,耐高温,亚波长减反射结构,离子束溅射,光谱特性
学位专业: 光学工程
中文摘要: 熔石英是目前光学窗口领域常用的材料之一,其在显示窗口、太阳能、照相镜头以及光电探测器等诸多方面有着广泛的应用。考虑到由于空气-基底材料间存在折射率不匹配问题,造成了窗口表面具有较大的剩余反射,传统方法是在器件表面制备单层及多层光学薄膜以降低表面剩余反射。然而,这种方法存在膜层材料选择有限、匹配性差等问题;而且,随着光学薄膜使用环境越加恶劣、复杂,窗口表面光学系统在不同热载荷下的稳定性也已成为一个极需解决的问题。
亚波长结构最早起源于生物界的“蛾眼”微透镜结构,随着相关理论及微纳加工技术的发展,周期性或非周期性微结构作为传统减反射薄膜的一种替代越来越引起了人们的关注。目前人们构筑亚波长减反射结构的常用方法有多种,但这些方法普遍存在仪器价格昂贵、效率低、难以实现大面积制备等缺点。考虑到实际结构是否有序对表面减反射性能影响不大,因此若用无序的掩模结构代替有序的掩模结构,在有效简化相关工艺操作流程的同时,可以有效降低合成掩模的成本和时间。随之,一种通过自组装无序金属纳米掩模结构,结合使用相关刻蚀技术的加工方法则应用而生。
论文主要内容分为两部分。一方面,首先通过离子溅射方式制备了TiO2、Ta2O5、Al203、SiO2四种高、低折射率材料;并系统研究分析了单层及多层光学薄膜系统的耐高温性能、膜层微结构、膜层应力、光学性能等特性的演化。研究表明,高温处理后,Ta2O5、SiO2薄膜结构相对较为稳定,没有出现明显的表面损伤形貌;实验获得了耐600℃高温氧化物增透实验效果。影响TiO2薄膜结构稳定性的因素较为复杂,与膜层基底匹配性,膜层材料相变结晶、膜层微观应力、结构缺陷等密切相关;对于多层非规整性Ta2O5/SiO2薄膜,当温度超过800℃时,由于材料结构相变、结晶的影响,膜层光学性能将发生较为严重的退化。
另一方面,论文从理论上研究分析了微结构基本参数及随机分布状态对零级衍射效率的影响;从实验上通过自组装纳米金属掩模结构的形式,优化设计了Au、Ag掩模结构,结合使用反应离子束刻蚀技术在熔石英窗口表面获得了柱状和MOEYE状两种形式的增透随机微结构形貌,并进一步测试分析了该结构的耐高温性能,取得了熔石英窗口耐1000℃高温亚波长可见增透实验效果。相关研究成果可为亚波长减反射结构的设计、加工、性能研究提供较好的借鉴。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3032
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作者单位: 中国科学院光电技术研究所

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尚鹏. 耐高温窗口增透技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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