折射率渐变无机高分子薄膜的研究

2.研究过程和结果
影响膜层透过率的两个重要因素：厚度和折射率。
2，控制刻蚀时间
控制刻蚀时间的目的是控制膜层折射率。随着刻蚀时间的延长，膜层透过率曲线由多峰变为单峰， 透过率整体提高；再延长刻蚀时间，膜层透过率下降。
2.研究过程和结果
通过控制膜层厚度和刻蚀时间，没有实现设计的三波长增透。
可能的原因：
多梯度折射率渐变控制技术示意图（以三梯度为例） 按照单梯度折射率渐变控制技术的流程，实现膜层折射率梯度变化。 制作过程中，每一梯度热敏高分子含量不同，热处理后每梯度中的活 性点不一样，最后刻蚀时，更能实现膜层折射率的可控。设计膜层时， 能更准确的预测膜层的光学性能，包括厚度，折射率和透过率。
2.研究过程和结果
2.研究过程和结果
膜层折射率渐变的控制
膜层折射率率与膜层孔隙率成函数关系
其中，nequiv为膜层折射率，n1为材料折射率，p为材料空隙率
膜层折射率连续渐变的关键是膜层孔隙率连续渐变。
2.研究过程和结果
膜层的制备过程
热处理的目的是使膜层中形成活性点，便于定向蚀刻；定向蚀刻的目的是 使膜层中形成渐变的孔，从而形成渐变折射率，达到三波长增透的目的。
97
caculated experimental
推测折射率
800 900 1000 1100
96
95 300
400
500
600
700
Wavelength (nm)
1）对光学膜层理论基础要求高；2）准确度和可信度低。
3.研究难点
膜层厚度的精确控制
3.研究难点
膜层厚度的精确控制
六种力 的作用
膜层厚度受到五 种变量的影响
2.研究过程和结果
热处理过程
膜层透过率峰值不变，峰数减少，说明膜层折射率不变，厚度减小。采用 椭偏仪测量了膜层厚度和折射率，热处理前膜层厚度为600nm，折射率 为1.420；热处理后膜层厚度为485nm，折射率为1.415.
2.研究过程和结果
刻蚀过程
刻蚀后膜层的透过率由双峰变成单峰，峰值透过率明显提高。
提拉过程实际很复杂，虽然理论研究很深入,但实际难度更大。
3.研究难点
膜层厚度的精确控制
目前控制厚度的情况
根据经验，调节提拉速度。然后测试膜层厚度信息，如果没有达 到要求，除膜后再镀，直到达到要求。在操作过程中，输入的是 提拉速度，厚度信息需镀完后测试才能确认。对已成熟的胶体配 方能勉强操作。
但对于新配方，新胶体，由于控制的参数太多，所以准确控制膜 层厚度需大量的理论计算和实验验证。
2.研究过程和结果
设计膜层的参数：基底折射率为1.45，膜层厚度116nm，折射率1.18。恒折射率膜层的 透过率与实验值不一致，说明膜层不是恒折射率膜层。则可推断膜层为变折射率膜层。
2.研究过程和结果
2，折射率渐变已形成，但厚度与折射率匹配不够？
100
Transmittance (%)
99
98
严鸿维博士
500个以上的实验
2.研究过程和结果
折射率渐变的渐变曲线？
2.研究过程和结果
多梯度折射率控制技术
多梯度折射率渐变控制技术目的是解决单梯度折射率渐变控制技 术的不足，进一步实现膜层折射率定量可控。
两种控制技术比较
刻蚀后
单梯度折射率渐变控制技术示意图
2.研究过程和结果
两Hale Waihona Puke Baidu控制技术比较
刻蚀后
2.研究过程和结果
为什么刻蚀过程中，膜层厚度与折射率匹配不够？
HF酸蚀刻
膜层 基片
折射率渐变关键过程：制备折射率为 1.43的多孔膜。氢氟酸由外至内刻蚀， 由于氢氟酸渗透过程有浓度差和时间差， 因此最外层膜层刻蚀最多，最里层刻蚀 最少，结果外层孔隙率大，折射率低； 里层孔隙率小，折射率高。
在实际刻蚀过程中，要达到膜层厚度为450纳米，折射率从基底渐变至空气很难：
刻蚀后
通过多梯度，搭建折 射率渐变的框架，然 后刻蚀，使折射率渐 变更加匀滑。
2.研究过程和结果
双梯度折射率渐变膜结果（考察多梯度折射率渐变膜的可行性）
首次试验结果 三倍频处透过率接近99.5%，二倍频和基频处超过98.0%。
2.研究过程和结果
双梯度折射率渐变膜结果
孙菁华重复的结果
膜层没有实现三波长都达到99.5%的目标，但是通过调节试验参数，可以实现三 倍频和二倍频接近99.5%，基频在98.0%以上。究其原因，膜层增透宽度不够。
2.研究过程和结果
1）双梯度折射率渐变膜可以部分实现宽带增透；2）双梯度折射率渐变膜 具有一定的重复性；3）多梯度折射率渐变膜实现三波长增透具有可行性。
2.研究过程和结果
两种折射率渐变膜的优缺点
单梯度折射率渐变膜过程：
多梯度折射率渐变膜过程：
重复多次
3.研究难点
缺乏文献报道
虽然制备宽带膜的文献报道很多，但是具体到可以实现从351到 1053nm处的达到99.85以上的增透膜非常少。试验探索难度非常 大。如果考虑激光损失阈值、环境稳定性和工艺可靠性，世界 难题。
1，折射率渐变没有形成？
2，折射率渐变已形成，但厚度与折射率匹配不够？
2.研究过程结果
1，折射率渐变没有形成？
根据所得透过率曲线，可以判断，膜层峰值透过率可达99.8%，峰值透过率位置在550nm。 如果渐变折射率没有形成，则膜层折射率为恒折射率。可以通过理论计算膜层恒折率和相 应厚度膜层的透过率曲线，考察其与实验结果的一致性。
4.研究总结
1
恒折射率膜层可以实现单波长高透过率要求，但不能同时兼顾三波长 。 要实现三波长高透，理论计算表明，折射率渐变膜层可以实现。
2
折射率渐变的实现手段有单层折射率渐变和多层折射率渐变，单层折射 率渐变探索艰难，制备简单；而多层膜反之。
3
目前，折射率渐变膜层可以实现三倍频接近99.5%，二倍频和基频接近 98.5%。
2.研究过程和结果
刻蚀过程
刻蚀后膜层的透过率指标为：T351=99.0%； T527=99.7%； T1053=98.0%；膜层在基 频与二倍频透过率提高，但是三陪频透过率有所降低，与目标值和设计值有差距。
2.研究过程和结果
影响膜层透过率的两个重要因素：厚度和折射率。
1，控制膜层厚度
膜层1，2，3的厚度逐渐增加。当膜层厚度增加时，膜层长波段透过率增加，短波段透过率降低。如 膜层2，膜层2，膜层在基频和二倍频处的透过率均超过99.0%，但三倍频处的透过率就较低。
97
caculated experimental
96
95 300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
Wavelength (nm)
当模拟数据与实验数据比较时，有可能的原因是膜层的折射率没有达到理想匹配。 模拟数据膜层参数：折射率1.4至1.2；厚度：350纳米。（说明：两条曲线没有完 全重合，说明模拟与实验有细微差距）。
将来化学膜的技术指标： T351nm≥99.85%；
T527nm≥99.85%；
T1053nm≥99.85%。
1.研究背景
折射率渐变膜层的提出
影响膜层透过率的两个重要因素：折射率和厚度。
三倍频化学膜的理论计算：膜层折射率为1.2，厚度为75nm。与实验结果一致， BSG、聚焦透镜、真空隔离片和屏蔽片上的化学膜为此种类型化学膜。
1.研究背景
折射率渐变膜层的提出
影响膜层透过率的两个重要因素：折射率和厚度。
基频化学膜的理论计算：膜层折射率为1.2，厚度为220nm。与实验结果一致， CPP上的化学膜为此种类型化学膜。
1.研究背景
折射率渐变膜层的提出
影响膜层透过率的两个重要因素：折射率和厚度。
如果膜层折射率渐变，膜层厚度为450nm，将实现我们需要的三波长增透化学膜。
4
研究过程中的难点主要包括：膜层微观结构的表征、渐变膜层折射率的测 量和膜层厚度的精确控制等。
目 录
1 2
3 4
研究背景 研究过程和结果
研究难点
研究总结
1.研究背景
三倍频化学膜的不足：
随着激光器的发展，化学膜目前的透过率将不能满足使用要求。需要一种 三波长化学膜，即化学膜在三倍频，二倍频和基频的透过率均达到99.5% 以上。
目前化学膜的技术指标： T351nm≥99.5%； T527nm≥97%； T1053nm≥95%。
1）当刻蚀不足时：膜层最外层达不到接近空气的折射率，膜层过厚； 2）当刻蚀太过时:膜层底层折射率到不到接近基片的折射率，膜层太薄。 最佳刻蚀程度很难把握。
2.研究过程和结果
正交试验寻找最优化试验参数：
胶体配制：二氧化硅含量，水含量，pH值，热敏高分子的种类、分子量和添加量(10种类型)。 提拉镀膜过程主要控制镀膜速度和镀膜环境；热处理过程控制热处理温度和升温过程；定向 蚀刻主要控制刻蚀剂种类、刻蚀配方、浓度和刻蚀时间。
3.研究难点
化学膜文献
3.研究难点
3.研究难点
物理膜产品
3.研究难点
膜层微观结构的表征
刻蚀后膜层的微观结构：表面和剖面结构？对结构控制的指导。
没有膜层微观结构图，缺乏对膜层结构调控的实验数据支撑和指导。
3.研究难点
渐变膜层折射率的测量
100
理论计算
Transmittance (%)
99
98