深紫外到近红外宽波段增透膜的研究

发布时间：2020-04-20 17:48

【摘要】：随着大气环境污染问题日益严重,准确监测获取环境组分信息十分重要。光谱探测技术是大气探测的有效手段,目前朝着多波段融合、多领域应用方向发展,对光谱探测器的探测精度与响应灵敏度要求越来越高。作为紫外-红外集成探测器的关键元件,高性能的光学薄膜是实现其功能的重要保障。本文对深紫外到近红外宽波段增透膜进行研制,根据材料的光学性质、物理机械特性及折射率匹配性,筛选出合理的薄膜材料与基底材料,选择Al_2O_3和AlF_3作为高低折射率材料,JGS1作为基底材料。基于增透膜设计理论,利用膜系设计软件,分析初始膜系迭代次数与平均透射率的关系,选择合理的迭代次数;在容差型评价基础上,综合考虑膜层厚度与光谱性能的要求,建立新型评价函数;采用变尺度法与隧道方法相结合的优化方法,通过改变灵敏层的厚度,解决膜系结构出现薄层的问题,降低制备难度。在薄膜制备过程中,优化电子束蒸发工艺,研究离子源工作气体对材料光谱性能及折射率的影响,选择石英晶振法监控薄膜厚度,对不同工艺条件下膜层厚度进行修正,研究高温退火工艺方法,改善了薄膜聚集密度与化学计量比,提高了薄膜稳定性。逆向反演分析实测光谱曲线结果,分析光谱曲线偏差原因,对高灵敏度膜层厚度单独修正,降低残余蒸镀对光谱影响。分析深紫外波段产生吸收的原因,对比不同迭代次数的实际制备结果,确定最终工艺参数。经光谱测试,在200~900nm波段,双面镀膜平均透射率为95.8%,实现了宽波段增透效果。经过环境测试,薄膜性能稳定满足使用要求。
【图文】：

紫外线,伦琴射线,大气污染,电磁波

.1 研究背景及意义随着环境污染的问题日益加剧，精准监控获取大气信息的要求被广泛提及[1-2]。光谱探测技术，结合现代科技手段可准确得到环境参数。在空间环境、军事侦察感及生产生活等领域[3-6]，为满足高灵敏度、高分辨率、快速响应、实时探测等要求制应用在光谱探测系统中的高性能光学薄膜尤为重要。光谱探测技术的不断发展推动了光学薄膜向更宽波段、更高性能方向发展。本制的 200~900nm 波段增透膜应用于大气环境探测器。目前我国面临严峻的大气污力，如图 1.1 所示，研究区域大气复合污染、全球气候变化等环境问题意义重大析环境监测数据，需要了解大气成分及变化，准确分析环境中各成分的分布原理建立和验证环境动态模型、了解当前环境状态、预测今后环境变化具有十分重要学意义。环境监测中观测目标信息众多复杂，主要为微量大气成分，如臭氧、二氮、水汽、气溶胶、甲烷、硝酸等，特征谱段尽不相同[7-8]。随着材料科学与探测的不断提升、探测需求越来越广，探测器朝着多波段集成化方向发展，探测谱段越宽，对宽波段光学薄膜的要求也越来越高。

光学薄膜,光学技术

应用光谱响应范围为 190~1150nm 的硅光伏探测器，具有紫外响应性能良好，，射区的复合电流低等特点[11]；2004 年，D. Starikov 等人成功研制出叠层式紫双色集成探测器，光谱响应范围为 250~1100nm[12]；2015 年，刘翌寒等人成功日盲紫外-近红外双色探测器，其紫外响应峰为 263nm，红外响应峰为 1150nm[1同波段的探测器向集成化发展的背景下，为进一步提高探测系统的探测精度、、响应速度，研制深紫外到近红外宽波段的增透膜有很重要的实际意义。增透膜的研究现状光学薄膜根据不同性质及用途，分类的方式也不同。按照光谱性能，光学薄膜为增透膜、高反射膜、分光膜、滤光膜、偏振膜等；按照光谱范围，光学分为膜、可见光薄膜、红外薄膜；按照实际用途，可分为透明导电膜、透明电磁波、硬化膜、光学补偿膜等[14]。目前光学薄膜被广泛应用于现代光学、光电子学、光学工程及其相关的科学技，如航天航空、激光技术、能源技术、通信技术、半导体器件、生物与医疗技各类薄膜广泛应用于各个工程生产领域，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O484.41

【参考文献】