高反射膜损耗的理论研究

发布时间：2017-08-13 01:31

  本文关键词：高反射膜损耗的理论研究

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【摘要】：激光陀螺仪作为飞行器惯导系统核心的惯性器件,在国防科学技术和国民经济的许多领域中占有十分重要的地位,目前已被广泛用于导航、雷达和制导等领域。作为陀螺仪的关键技术之一,闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。而闭锁阈值取决于谐振光路中反射镜的损耗,在反射镜主要构成高反射膜中,界面是主要的功能区。可以说,高反射膜的性能高低,直接影响到陀螺仪的性能。因此,研究高反射膜的损耗具有重要的意义。本论文以实验结果为导引,对高反膜的损耗做了理论和实验两方面的探讨。首先,基于X射线反射技术,研究多层膜的界面特征。对测试得到的以硅和玻璃为基底的样品的XRR(X-ray reflectivity)曲线分别进行拟合,基本获得样品界面的厚度、薄膜的密度、界面的粗糙度和扩散宽度等几何和物质成分的信息。从对XRR分析结果看出,通过该方法可以研究界面几何和物质成分参数随工艺条件的变化规律。然后,采用分子动力学模拟,获得薄膜沉积过程中原子运动细节的微观特点。结果表明:高能量的入射粒子将产生溅射效应,能穿入更深的基体表面,并对表面原子产生影响,将使薄膜密度更致密。薄膜沉积时,将得到和靶材成分不一致的膜层,而其中,O的缺位是主要的缺陷。同时,高的基片温度将使得更多的O扩散到Si基片中且分布深度更深。在470 K和570 K范围内模拟通常的退火温度,得到随退火温度的增加,薄膜中氧的扩散深度略有增加,但在界面处的浓度增加不大的结果,且不同的热处理温度,不改变原子间的平均距离。第三,根据第一性原理计算获得无定型结构的光学常数?,?与电磁波波长的关系,得出材料的折射率与材料的密度有密切关系,提高材料的密度有利于提高材料折射率的结果。最后,采用第一性原理分子动力学模拟的方法研究了Ar在非晶态的TiO2和SiO2中的动力学行为。研究发现,TiO2对Ar没有阻挡作用,而SiO2对Ar具有阻挡作用。在TiO2中的Ar原子位置有明显的变化,发生了扩散现象;而在SiO2中虽然Ar原子周围形成空隙,但Ar原子的位置却基本没有变化,在原位振动,只是发生微小的扩散现象。同时在TiO2薄膜中,在XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)的探测深度(100?左右)范围内,Ar存在浓度梯度。通过上面的研究,我们得出结论,在高反膜中,存在O的空位,同时有惰性气体元素存在,因而其损耗机制可能是由于在等离子放电环境中,引入电荷,形成O的缺陷中心,产生对光的吸收。
【关键词】：高反膜 损耗 XRR 分子动力学 XPS
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;TN96
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景与意义11
• 1.2 高反射膜界面影响机制理论研究的必要性11-12
• 1.3 高反射膜抗激光损耗性能国内外研究现状12-13
• 1.4 论文的研究内容与方法13-15
• 第二章 利用X射线反射获得多层膜体系的结构信息15-31
• 2.1 研究方法介绍15-17
• 2.1.1 引言15-16
• 2.1.2 X射线反射方法理论基础16-17
• 2.2 典型的简单样品的曲线17-19
• 2.2.1 基片的反射曲线17-18
• 2.2.2 单层膜的反射曲线18-19
• 2.2.3 多层膜的反射曲线19
• 2.3 实际样品的测试与分析19-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 薄膜沉积的分子动力学模拟31-44
• 3.1 分子动力学模拟方法介绍31-33
• 3.2 不同入射能量的粒子的沉积规律模拟33-35
• 3.2.1 模型建立33-35
• 3.2.2 研究结果35
• 3.3 不同基片温度薄膜对原子层扩散的影响35-42
• 3.3.1 模型建立35-37
• 3.3.2 研究结果与讨论37-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 无定型结构的介电特性的第一原理计算44-49
• 4.1 理论基础44-45
• 4.2 计算结果45-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 惰性气体原子在SiOx和TiOx中的扩散49-66
• 5.1 理论简介49-50
• 5.2 模拟模型的建立50-51
• 5.3 模拟研究结果51-54
• 5.4 实验结果分析54-64
• 5.4.1 全谱图结果56-59
• 5.4.2 针对不同元素的XPS结果59-61
• 5.4.3 不同入射角度的信息分析结果61-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第六章 结论和展望66-69
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻硕期间取得的研究成果73-74

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本文编号：664727