实验一光学薄膜的制备-副本概要.docx

实验一 光学薄膜的制备 余永刚 电子141 201412040129 1. 实验目的 掌握电子束蒸发镀膜机的使用方法 掌握光学薄膜的制备方法 2. 实验设备与材料 电子束蒸发镀膜机 玻璃基片 SiO2、Ti3O5 3. 实验原理 （1） 电子束蒸发镀膜机的工作原理 电子束蒸发镀膜机是一种普适镀膜机，用于镀制各种单层膜、多层膜。可镀各种硬质膜、金属膜，如图所示。 图ZZ-800电子束蒸发镀膜机 电子束镀膜机构成：电子束镀膜机主要包括真空镀膜室和真空抽气系统。 真空镀膜室包括：电子枪、电阻加热蒸发器、坩埚、挡板、离子源、基板架、电离规、热偶规、石英晶振片等组成； （a） 真空抽气系统主要由扩散泵、罗茨泵、机械泵、阀门等组成。 （b） 电子束镀膜机在薄膜制备中的作用：减少蒸发分子跟残余气体分子的碰撞；蒸发分子在行进的路径中，他们中的一部分会被残余气体分子碰撞而散乱]。 （c） 电子束镀膜机的性能指标 ZZ-800电子束蒸发镀膜机也有许多的性能及要求，电子束镀膜机要想正常的在规定范围内运转，则需满足下面表格中的规格指标。 表 ZZ-800电子束蒸发镀膜机的规格指标 ZZ-800电子束蒸发镀膜机 规格指标 电子枪功率 极限真空度 温度 温度变化 坩埚数量 控制系统 真空抽速 5-10 KW Pa 300 ℃ ±2 ℃ 8 自动控制和手动控制 3×10-4 Pa/20 min （2） 光学薄膜的原理 所谓光学薄膜的原理即镀膜的原理包括很多，其中有折射率、界面反射、反射率公式、光是电磁波、电磁波的干涉等。 （1） 折射率：用光在真空中的传播速度与光在介质中的传播速度的比值n来表示介质材料的光学性质，这个n就是折射率。光是一种波，那么光能够发生折射主要是因为介质的改变。本次实验在玻璃基片上镀四层薄膜，膜层的折射率在界面可以发生跃变，但在膜层内是连续的。这样使镀膜玻璃基片和未镀膜玻璃基片的透明度产生较大差别。 （2） 界面反射：本次实验为镀四层薄膜，光波在透过每层膜的交界面处时，都会有不同程度的反射光在交界面处的反射，实际上是光与介质相互作用的结果。 （3） 反射率公式：。、为不同介质中的折射率，它们均为相对于真空的折射率。 （4） 光是电磁波：通过实验我们知道，光具有波粒二象性，那么光的反射和衍射实验均可以证明光的波动性。光是一种电磁波。可以设想光源中的分子或原子被某种原因激励而振动,这种振动导致分子或原子中的电磁场发生电磁振动。可以证明，电场强度与磁场强度两者有单一的对应关系，同时在大多光学现象中电场强度起主导作用，所以我们通常将电场振动称为光振动，这种振动沿空间方向传播出去就形成了电磁波。 （5） 电磁波的干涉：电磁波的干涉实际上是电磁波相干叠加的结果，镀膜会增加电磁波在空间某点的相干效果，产生增透或增反作用。各种频率的电磁波在真空中的速度都是一样的。但是在不同介质中，传播速率是不一样的。我们通常观察到的光都是光源内大量分子或原子振动辐射出来的结果，而观察不到其作为一种波动在传播过程中所能表现出来的特征———干涉、衍射和偏振等现象。这是因为实现光的干涉是需要条件的，即只有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的两列光波才是相干光波，这样的两列波辐射到同一点上，彼此叠加，产生稳定的干涉抵消(产生暗影)，或者干涉加强(产生比两束光能简单相加更强的光斑)图像，才是我们观察到的光的干涉现象。如下图： 对于多层增透膜而言，根据菲涅尔系数递推法，我们可以将单层膜的反射率的计算推广到多层膜上，首先从与基片相邻的底层莫开始，将底层膜的两个界面等效成一个界面，依次往上递推到膜系的顶层的第一个界面。如下图所示： 由下往上每两层薄膜等效为一层膜后，相应的改变其折射率为等效折射率，产生等效分界面。最后得到多层膜的反射系数，由于多层膜的等效折射率小于基片的折射率，所以镀膜后膜系的反射率总小于未镀膜基片的反射率，因而镀膜后又增透的作用。 4. 实验步骤 （1） 开机 打开镀膜机电源、水源、高压气泵电源。在使用镀膜机之前，需要对真空室内部进行清理，将蒸镀逸出的材料清理干净，保证本次实验的膜层纯净度，同时也要将真空室门清理干净，使得人们能更加清晰地看到镀膜进程的变化，清理所用到的仪器是带电清洗喷枪。 打开ZDF-X-LED复合真空计的开关，对仪器进行预热，减小室温和蒸发温度的温度差，从而防止工件变形或裂开，预热时间一般为20 min左右。 将超声清洗后的玻璃基片用镊子取出，用无尘布擦拭，去除基片上的液体，将玻璃基片用螺丝固定在真空室上方的样品托上，镀膜时样品托匀速旋转以制备出均匀性较好的薄膜。将Ti3O5、SiO2分别用勺子取出适量样品放入不同号码的坩埚中，坩埚可旋转，从而控制膜层材料和厚度。 放置好所有的待蒸发材料之后，用螺丝将挡板Ⅰ固定好，只露出一个坩埚大小的口，实