大口径主镜薄膜制备及其特性研究

发布时间：2021-04-21 15:35

　　大口径主镜是大型光学系统的核心元件,如大型天文望远镜,其空间分辨率和聚光能力主要与主镜直径密切相关。随着科学研究发展的需要,大型光学系统的需求日益突出,主镜口径越来越大。大口径主镜不仅制造工艺困难,造价昂贵,而且主镜薄膜的制备也是非常重要和十分困难的。通常,主镜膜层需要满足两个要求:1)宽光谱带高反射率,即宽观测波段范围内薄膜具备尽可能高的反射率;2)长使用寿命,且便于日常维护和重新脱膜镀膜。此外,镀膜过程中主镜面型的控制也十分关键。金属银（Ag）以其优异的光谱特性成为了主镜镀膜领域最引人关注的材料,如何制备光学性能优、环境稳定性好、使用寿命长的银反射镜一直是大口径主镜镀膜的技术挑战。本文分别以磁控溅射和热蒸发为技术手段,开展了镜面向上放置、向下溅射和蒸发制备银基高反射镜的技术研究。本文以磁控溅射镀膜机为实验平台,系统地开展了磁控溅射制备四层结构（Sub/NiCrN_x/Ag/NiCrN_x/SiN_x/Air）银反射镜工艺实验研究。针对溅射制备的该膜系样品容易出现短波反射率偏低的特点,提出了一种新的制备工艺,即使用一定比例A... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 大口径主镜膜系的国内外研究现状
    1.3 大口径主镜银反射膜制备的相关问题
        1.3.1 金属银膜的光学性质及其制备
        1.3.2 银反射镜的环境稳定性
        1.3.3 薄膜厚度分布均匀性的修正
    1.4 本论文主要研究内容
第2章 磁控溅射制备大口径主镜银反射镜工艺研究
    2.1 引言
    2.2 磁控溅射制备银反射镜工艺参数优化
        2.2.1 实验样品制备
        2.2.2 单层膜工艺参数优化
        2.2.3 多层膜样品实验制备
    2.3 银反射镜反射率偏低原因分析
        2.3.1 银反射镜样品微观结构分析
        2.3.2 银反射镜样品的元素分析
2/Ar混合溅射银靶制备持久性银反射镜">    2.4 N₂/Ar混合溅射银靶制备持久性银反射镜
2/Ar混合溅射制备单层银膜">        2.4.1 N₂/Ar混合溅射制备单层银膜
2对银反射镜样品性能的影响">        2.4.2 N₂对银反射镜样品性能的影响
    2.5 本章小结
第3章 银反射镜膜层厚度优化及环境稳定性研究
    3.1 引言
    3.2 实验
        3.2.1 薄膜样品制备
        3.2.2 加速环境实验
        3.2.3 样品特性表征
x过渡层厚度优化">    3.3 NiCrN_x过渡层厚度优化
        3.3.1 光学性质
        3.3.2 湿热试验
        3.3.3 盐雾试验
x保护层厚度优化">    3.4 SiN_x保护层厚度优化
        3.4.1 光学性质
        3.4.2 湿热试验
        3.4.3 盐雾试验
    3.5 银基膜系的腐蚀机理
        3.5.1 单层银膜的腐蚀特征
        3.5.2 四层结构银反射镜的腐蚀机理
x的环境稳定性">    3.6 SiN_x的环境稳定性
x薄膜的环境稳定性">        3.6.1 厚SiN_x薄膜的环境稳定性
x薄膜的环境稳定性">        3.6.2 薄SiN_x薄膜的环境稳定性
    3.7 本章小结
第4章 大口径磁控溅射镀膜机膜厚均匀性分析
    4.1 引言
    4.2 磁控溅射膜厚分布理论基础
    4.3 磁控溅射膜厚分布的理论计算模型
    4.4 Deimos5500磁控溅射镀膜机均匀性分析
        4.4.1 无修正挡板时不同曲率光学元件的膜厚均匀性分析
        4.4.2 修正挡板校正平面主镜薄膜厚度均匀性
        4.4.3 曲面主镜的膜厚分布校正
    4.5 本章小结
第5章 逆向热蒸发制备大口径主镜银反射镜
    5.1 引言
    5.2 实验
        5.2.1 ZZS3200高真空镀膜机结构
        5.2.2 膜系设计
        5.2.3 逆向热蒸发制备银膜
        5.2.4 银反射镜的制备
        5.2.5 薄膜样品的测试
    5.3 银加介质保护反射镜的实验结果分析
        5.3.1 薄膜样品的光谱特性
        5.3.2 薄膜样品的剖面形貌
        5.3.3 薄膜样品的环境稳定性
        5.3.4 Ф500mm口径银反射镜样品镀制
    5.4 银加介质增强膜系的可行性研究
        5.4.1 材料选择
3与ZnS介质增强膜堆">        5.4.2 CeF₃与ZnS介质增强膜堆
3与ZnS介质增强膜堆">        5.4.3 LaF₃与ZnS介质增强膜堆
x与ZnS介质增强膜堆">        5.4.4 SiO_x与ZnS介质增强膜堆
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文主要工作
    6.2 论文创新点
    6.3 存在的问题和对后续工作的建议
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射制备持久性银反射镜研究[J]. 徐旭,何文彦,王长军,魏铭,李斌成.  中国激光. 2016(12)
[2]逆向热蒸发制备望远镜主镜银反射膜（英文）[J]. 徐旭,刘洪祥,李斌成,裴文俊.  光子学报. 2016(06)
[3]热蒸发紫外LaF3薄膜光学性能和结构表征[J]. 常艳贺,金春水,李春,靳京城.  中国激光. 2012(10)
[4]3.6m大口径镀膜机膜厚均匀性分析[J]. 艾万君,熊胜明.  光电工程. 2011(11)
[5]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪.  真空电子技术. 2011(03)
[6]靶材刻蚀对磁控溅射镀膜厚度分布的影响[J]. 张勇喜,金秀,胡雯雯,宋姝,张玲玲,张岳.  光学仪器. 2011(01)
[7]大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正[J]. 王长军,熊胜明.  强激光与粒子束. 2007(07)
[8]铬过渡层对银膜光学性质及附着力的影响[J]. 孙喜莲,邵建达.  中国激光. 2006(12)
[9]平面行星夹具的物理气相沉积均匀性计算[J]. 方明,范正修,黄建兵.  计算物理. 2006(06)
[10]平面行星夹具均匀性修正挡板设计方法研究[J]. 方明,郑伟军,吴明,范瑞瑛,易葵,范正修.  真空科学与技术学报. 2006(04)

博士论文
[1]真空紫外光学薄膜制备及其性能检测技术研究[D]. 郭春.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]不同溅射方法薄膜制备的理论计算及特性研究[D]. 于贺.电子科技大学 2013
[3]大口径天文光学望远镜主镜镀膜的研究[D]. 伦宝利.中国科学院研究生院（云南天文台） 2013
[4]中红外激光薄膜的研究与制备[D]. 王颖.浙江大学 2009
[5]微波ECR磁控溅射制备超薄a-SiNx薄膜及其特性研究[D]. 丁万昱.大连理工大学 2007
[6]纳米Ni-Cr薄膜的制备、表征及其性能研究[D]. 晏建武.中南大学 2006
[7]中远红外激光薄膜技术研究[D]. 黄伟.四川大学 2005



本文编号：3152023