新型光学薄膜研究及发展现状

新型光学薄膜研究及发展现状
摘要：近年来，在光学薄膜的研究当中也出现了许多新的发展方向。

诸如高强度激光膜、金刚石及金刚石膜以及软X射线及其在器件之内的研究和应用情况。

并对光学薄膜的深入研究进行了展望。

关键词：光学薄膜研究新进展
引言：随着科学技术的发展，传统的光学薄膜的面貌也正悄然发生着变化。

要知道，传统的光学薄膜是以广德干涉为基础，从而设计和制备增透膜、高反膜以及偏膜及消振膜。

而光学薄膜的制备技术也由传统的真空蒸发发展到如今的使用物理、化学方法镀膜。

譬如激光沉积技术、离子束沉积技术等。

1新型光学薄膜的研究及应用
在现代技术发展的过程当中，激光技术及信息光学的发展，乃至光学薄膜，不仅应用于纯光学器件，同时，在光电器件、光通信器件上也得到了广泛的应用。

特别是近现代信息光学以及光电子技术、光子技术的发展，对光学薄膜产品的使用寿命的长短、高可靠性及高强度都提出了很高的要求。

从而发展出一系列新的光学薄膜及其制备技术。

而这项技术所能解决的问题则是如镀膜技术所能有效地使用到生产中去。

“光学薄膜在生产过程当中需要解决的主要的技术问题”。

以及如何解决薄膜的高技术以及高成本之间的矛盾等提供了诸多优质方案。

1.
1.
高功率激光膜
随着科技的不断发展，准分子激光正在广泛地应用于半导体工艺、激光泵浦、激光聚变、以及光化学、分析化学乃至医学等空间技术领域。

与此同时，激光反射镜成为准分子激光器的重要光学元件。

但相比于所选的膜料而言，比可见光区而言，有着非常强的限制。

其制备工艺也相当复杂。

但作为金属反射镜而言，已经不能满足其技术的要求，所以，低损耗全介质反射镜也成为了必须要研制的项
目。

而第一次见诸报端还是美国Action公司于1976年开发研制的。

并在351nm 处其反射率达到了99%。

此后，Action公司又于1978年研制了真空紫外多层介质反射镜的新技术。

在波长172nm~193nm处，其反射率也高达96%—98%。

在国内，浙江大学以及上海光机所合作研究了波长为350nm 308nm以及248nm和193nm。

而在这四种准分子激光反射镜的制备技术中，选择了Zro
2
以及
Hro
2和Zro
2
—Yro
3
.为混合膜料作为反射镜的高折射率材料。

与此同时，地折射率
的材料则采用Sio
2
,同时采用电子束蒸发的方法制备准分子激光反射镜，而在上述的波长中，其反射率分别达到了99.7%、99.5%、以及98%和96%。

同时，抗激
光破坏阙值的比值存在如下消息：（Zro
2+Yro
3
）/Sio
2
> Zro
2
/ Sio
2
>Hro
2
/Sio
2
.
同时，中科院电子所、安徽光机所也做了很多工作。

由此取得了一定的成果。

在激光器在减反膜的相关的研究中，也取得过相当不错的进展。

不仅如此，中国工程物理研究所也运用sol-gel的方法成功研制出紫外激光Sio
2
减反膜。

结
果表明，相比于Sio
2
薄膜，则具有更好的减反射效果。

由于紫外区的最高透过率
业已达到了99%以上，该 Sio
2
薄膜可有望运用于惯性约束聚变。

并经难过研究与X光激光的减反射膜。

同时，在高功率激光器中，具有高损伤阙值以及低吸收的光学膜同时引起了人们的注意。

但与此相反的是，适合的膜料却并不多。

而最好的地折射率的材料为ThF4.但其最大的缺陷则在于有毒，所以并不适用。

也由于这个原因，混合膜则适时地出现了。

而在国内的华中理工大学，采用的则是地折射率材料。

诸如
YHO
2、PrF
3
等相关地折射率材料。

并用电子束蒸发的方法，制备了双层增透膜。

而专家则发现，IRZ成为了最合适的地折射率材料。

同时，在现有的确定的工艺下，激光稳定阙值可稳定达到20J/CM2(1.064um ins).最终，在抽样检测过程中，表明膜的反射率居然高达99.5%以上，而激光破坏阙值则大于25J/cm2.同时，如此超高强度的激光薄膜也做出了应有的样品。

1.
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类金刚石及金刚石膜
在人们的观念当中，金刚石以及金刚石膜它们的概念和区别一直都很模糊。

而国际上广为接受的概念则是硬度超过金刚石硬度。

其超过20%的绝缘硬质并无定型碳膜。

次即为金刚石膜的定义。

而类金刚石除了有很高的硬度及耐磨性外，从红光到紫外的广泛的范围之内，拥有很高的透射比。

其可用作航天器或其他一起的窗口镀层。

自1971年以来，Aiserberg等人首次报道了利用离子束激光技术制备了类金刚石特征的非精碳膜。

此后，当类金刚石膜真正问世之后，则广泛用用太阳能电池的表面减反射膜，并提高太阳能电池效率30%以上。

而近几年来，国内也开展了对于类金刚石膜的研究。

而同济大学更是此类的佼佼者，其采用磁控溅射法制备非晶碳类金刚石膜。

同时研究了其光学及其电学特性，探索出制备各种不同光学带隙碳膜的工艺条件。

并未该类薄膜的实际应用提供了可靠的数据。

同时，金刚是具有大的禁带宽度，同时具有极高的击穿场强以及极大地电子报和速度。

同时还拥有极低的介电常数以及良好的光透过性。

同时，金刚石膜在机械、电子、光学及空间技术等众多领域也有非常好的应用前景。

例如航天整流罩、固态微波器件以及红外窗口镀膜等应用领域。

由于金刚石膜与常用的衬底之间晶格常数的及不匹配，也致使薄膜中产生诸多缺陷。

正因如此，许多的制备金刚石薄膜的技术也逐渐得到发展。

其方法主要为热丝法、激光沉积以及离子束沉积法以及等离子体CVD法。

而相较于其他欧洲国家而言，意大利则采用热丝化学气相沉积所研究出的高质量的金刚石膜。

其主要性能已经达到世界先进水平。

在不断地研究当中，对静安是莫和类金刚石膜的研究工作已经成为新材料领域的全新的领域。

并对如何控制生长条件、以及减少晶界及缺陷密度。

最终实现均匀、大面积薄膜的定向意志外延，而这也成为制备技术中的难题。

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软X射线多层膜
近几年来，X射线天文学、X软射线显微术乃至软X射线激光均取得了良好的发展。

但是，起决定性作用的则是X射线多层膜。

与此同时，在1996年，意
大利和荷兰联合研制并成功发射的探测X射线的卫星是1999年8月所发射的。

尤其是水窗波段应用的多层膜反射在生物学及医学上有着广泛的应用。

软X射线膜料，在绝大多数所用的空间材料中，为B
4
C以及BN，后来直接发
展到M
O、C
O、
s
i
等X射线多层膜。

最常用的方法有三种，例如电子束蒸发、离子束
溅射以及磁控溅射。

目前世界上最好的软X射线多层膜均是采用磁控溅射方法制备的。

由于材料的光学常数和性能在软X射线区随波长的变化也是非常显著。

因此，X软射线多层膜的膜层材料的选择就会相对困难。

同时对底层表面粗糙度的要求也是非常之高。

同时，膜层薄也难于控制，这些问题也成为亟待解决的难题。

2新型光学薄膜发展前景的展望
综合国内外光学及光学薄膜的研究，对于光学薄膜的研究也呈现出以下几个发展趋势。

首先是对传统光学仪器光学薄膜的开发研究，其次则是开发与精密光学仪器及光电子元件要求与光学薄膜及制备方法相适应，并实现镀膜过程的自动控制和超快速低温镀膜。

以上就是新型光学薄膜研究及发展现状。

参考文献：
【1】谭满清、茅东升王仲名反射率小雨10-4的1310nm光电子器件增透膜技术研究【J】光学学报.1999,19(2); 235~238。