【正文】 ????)])()[(1])()[(1biibiiaaabiibiiaaaEeeHeeHHHEeeHeeEEE??????????????????其矩陣形式為： ???????????????????????????????????????????? bbiiiiiiiiaaHEeeeeeeeeHE???????????????? )(1特征矩陣 同樣，上述結(jié)果可以推廣到多層薄膜 . Qi, . Zhang, . Shao and . Fan. “Matrix analysis of anisotropic optical thin film”, Europhysics Letters, 2022, 70(2): 257~263 42 ZigZag生長(zhǎng)的 Monte Carlo 模擬 ?薄膜生長(zhǎng)簡(jiǎn)化模型 ?無(wú)邊沿粘附、無(wú)擴(kuò)散 ?有邊沿粘附、無(wú)擴(kuò)散 ?有邊沿粘附、有擴(kuò)散 ?入射粒子傾斜引入 ?對(duì)稱改變?nèi)肷浣嵌? 粒子在一維晶格上沉積及吸附示意圖，可能的吸附位置用 (a~d)表示 擴(kuò)散粒子最近鄰位置示意圖及編號(hào) 43 不同沉積溫度下束流入射角為 60186。 (b) rpm。 (c) α=75186。 位相延遲膜 52 位相延遲膜 ? 角立方反射鏡： 利用光束在 3塊空間互成 176。 ，與設(shè)計(jì)要求的僅相差 176。 群色散延遲和補(bǔ)償薄膜具有啁啾特性，所以稱為啁啾鏡或啁啾薄膜。 時(shí)的光譜曲線 空氣中入射角度為 13176。39。39。39。 167 光學(xué)薄膜的本征吸收 )/e x p ( 220 arII ??)44e xp ()4(),( 222220aDrDxaDDcaJtzrTtttt ????? ?? ?設(shè)激光強(qiáng)度是高斯分布，則 a為高斯半徑，時(shí)間為瞬間作用時(shí)，薄膜溫升： I0和 J0分別是 x=0, r=0時(shí)的功率密度和能量密度， Dt為熱擴(kuò)散長(zhǎng)度， α為吸收系數(shù)。 光學(xué)薄膜的缺陷破壞 179 光學(xué)薄膜的缺陷破壞 180 結(jié)瘤缺陷在薄膜破壞中的作用 結(jié)瘤缺陷是由于基體表面或薄膜內(nèi)部存在某種種子源 。 178 雜質(zhì)缺陷的急劇加熱可能發(fā)展成熱爆炸過(guò)程，這個(gè)過(guò)程從缺陷內(nèi)部發(fā)生，在缺陷迅速升溫到數(shù)千度的高溫時(shí)， 雜質(zhì)材料急劇氣化并形成很大的內(nèi)壓強(qiáng)，這種爆炸力向薄膜的外層發(fā)展，首先使膜層隆起繼而把膜層沖掉形成破坑 ，并在破坑的周邊形成波浪式力學(xué)波。 154 ?光通信薄膜類型 ?有各類減反射膜、波帶分離膜、增益平坦濾光片 (GFF)、波分復(fù)用濾光片 (WDMF)和交叉波分離器 (interleaver)等等 光學(xué)薄膜在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 155 156 ?光通訊對(duì)薄膜濾光片的要求 ?極端穩(wěn)定的中心波長(zhǎng) ?窄的帶寬：目前 200G、 100G濾光片已是通用商品，50G濾光片（半寬小于 177。39。39。39。 88 非周期膜系設(shè)計(jì)及雙啁啾 89 啁啾鏡制備 50 25 0 25 50 75 100600 800 10000 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0intensity/arts intensity/st i m e d el ay / fsw a v e le n g th /n m(b ) 88nm?飛秒脈沖鎖模實(shí)驗(yàn)得到的 15fs脈沖 90 薄膜的應(yīng)力及應(yīng)力控制 ?薄膜應(yīng)力 ?熱應(yīng)力 ?內(nèi)應(yīng)力 ?多層膜應(yīng)力模型 ?薄膜的面形控制 ?工藝參數(shù)對(duì)薄膜應(yīng)力影響 ?調(diào)整工藝參數(shù)控制薄膜應(yīng)力 91 薄膜應(yīng)力 ?熱應(yīng)力 ?若薄膜與基片間的熱膨脹系數(shù)不同或溫度在基片中不均勻分布，基片將產(chǎn)生附加變形，這種與溫度相關(guān)的變形驅(qū)動(dòng)力即為熱應(yīng)力 ?內(nèi)應(yīng)力 ?薄膜應(yīng)力起源于薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中的某種結(jié)構(gòu)不完整性 (如雜質(zhì)、空位、晶粒邊界、位錯(cuò)和層錯(cuò)等 )、表面能態(tài)的存在以及薄膜與基片界面間的晶格錯(cuò)配 92 薄膜應(yīng)力與基底彎曲 (a) 基片 處于拉伸狀態(tài)下的薄膜 (tf) ff tF ??自由狀態(tài)下的薄膜 (b) M=Fts/2 93 多層膜應(yīng)力模型 ?模型假設(shè) ?多層膜中的膜層在平行于基底的平面上為各向同性 ?膜層之間的界面互不相濕 94 多層膜應(yīng)力模型 )2( ??? ??? tEbtF ft厚度為 t的膜層沉積在基底上時(shí)，由于力及瞬時(shí)力矩的平衡作用，所產(chǎn)生的沉積應(yīng)力可表示為： 其中， b為圓形基片的直徑， Ef為膜層的雙軸模量， δ 為薄膜基底復(fù)合體的中性軸位置， F為膜層沉積所引起的基底與膜層之間的大小相等方向相反的力 熱應(yīng)力為 A、 B兩種材料與基底之間熱應(yīng)力的和，表示為： ))]()(1())(1[()( 01 TTvEvE sBBBsAAAt h Bt h Ath ????????? ???????其中 EA、 EB， νA、 νB， αA、 αB分別為材料 A和材料 B的彈性模量、泊松比及熱膨脹系數(shù) 95 多層膜應(yīng)力模型 ?模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)曲線的擬合情況 96 工藝參數(shù)對(duì)薄膜應(yīng)力影響 零應(yīng)力點(diǎn) 沉積溫度對(duì) ZrO2薄膜應(yīng)力影響 沉積溫度對(duì) SiO2薄膜應(yīng)力影響 97 薄膜應(yīng)力控制 ?沉積參數(shù)調(diào)整 ?沉積溫度 ?沉積速率 ?氧分壓等 ?薄膜后處理技術(shù) ?背面鍍膜 ?退火 ?離子刻蝕 98 ?光學(xué)薄膜概況 ?光學(xué)薄膜一般性質(zhì) ?光學(xué)薄膜在一些光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用 ?激光對(duì)光學(xué)薄膜的破壞 主要內(nèi)容 99 光學(xué)薄膜在一些光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用 ?光學(xué)薄膜在激光系統(tǒng)中的應(yīng)用 ?光學(xué)薄膜在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 ?光學(xué)薄膜在顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用 ?極紫外和軟 X射線薄膜 100 光學(xué)薄膜在激光系統(tǒng)中的應(yīng)用 ?激光系統(tǒng)中對(duì)薄膜的要求 ?光性、閾值、面形 ?幾種主要光學(xué)薄膜 ?光學(xué)薄膜常用沉積技術(shù) ?電子束技術(shù)制備光學(xué)薄膜 ?離子束輔助技術(shù)沉積光學(xué)薄膜 ?離子束濺射技術(shù)沉積光學(xué)薄膜 101 反射膜 ?常規(guī)反射膜 ?介質(zhì)反射膜 ?金屬反射膜 ?金屬＋介質(zhì)反射膜 ?反射膜進(jìn)展 ?超快系統(tǒng)中反射膜 102 電介質(zhì)反射膜 ?標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) ?奇數(shù) ?偶數(shù) ?反射率 ?奇數(shù) ?偶數(shù) ?帶寬 ? ? GHHL m /? ? GHL m /? ?? ?2212111??????????????????????????????????????? ??sHmLHsHmLHnnnnnnnnR211???????????????????????????smLHsmLHnnnnnnR?????????????? ?LHLHEEE nnnng 10 s i n2????103 金屬及金屬＋介質(zhì)反射膜 ? ?? ? 222211knknR?????金屬反射膜的反射率： 利用低折射率材料，先把金屬光學(xué)常數(shù)中的虛部轉(zhuǎn)化為 0，然后再鍍介質(zhì)反射膜后的反射率為： ? ?? ? 222222knnnnknnnRmHmLmHmHmH????臨近金屬層的低折射率層的厚度為： ? ?LLL dn 04 ???? ?? 222 2LLoLnknkntg????104 反射膜反射率進(jìn)展 105 超快系統(tǒng)中反射膜 脈沖寬帶對(duì)反射膜性能的影響 106 增透膜 ?常規(guī)增透膜理論 ?矢量合成方法 ?單波長(zhǎng)增透 ?寬帶增透 ?超寬帶增透 107 矢量作圖法 此方法設(shè)計(jì)減反薄膜時(shí)比較直觀，其前提條件為： ? 膜層中無(wú)吸收層 ? 薄膜特性可以近似的由界面處單次反射來(lái)決定。而鈦寶石是正色散介質(zhì)，加上自相位調(diào)制等非線性效應(yīng)，在振蕩器里產(chǎn)生的光脈沖會(huì)發(fā)生上啁啾，也就是高頻成分滯后 ,脈沖同時(shí)被展寬。 相位延遲膜的透射率和相移特性 全介質(zhì)層相位延遲膜設(shè)計(jì)與制備 54 入射角為 45176。 相位延遲器（ QWR）對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)在主角范圍內(nèi)，均能獲得相移，即對(duì)入射線偏振光產(chǎn)生相位變化，把線偏振光變成圓偏振光，反之亦然。 TiO2薄膜結(jié)構(gòu)與光性分析 48 (a) (b) (c) (d) GLAD TiO2 薄膜的表面 SEM結(jié)構(gòu) , (a) α=60186。 時(shí) , β=45186。 入射時(shí)膜層透過(guò)率曲線圖 32 薄膜的各向異性和雙折射薄膜 ?各向異性薄膜的微結(jié)構(gòu) ?雙折射薄膜理論分析 ?雙折射薄膜生長(zhǎng)過(guò)程模擬 ?雙折射薄膜實(shí)驗(yàn)制備及光學(xué)特性分析 33 各向異性薄膜的微結(jié)構(gòu) 1995年， Robbie小組最早利用 GLAD技術(shù)制備了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的 MgF2 “雕塑”薄膜，并用掃描電鏡觀察到薄膜的螺旋結(jié)構(gòu) K. Robbie, M. J. Brett, A. Lakhtakia.First thin film realization of a helicoidal bianisotropic medium , J. Vac. Sci. Technol A, :2991 (1995) 雕塑薄膜的制備示意圖 34 雙折射薄膜理論分析 ?介電常數(shù)變?yōu)榻殡姀埩? ?雙折射結(jié)構(gòu)二維理論模型 ?雙折射結(jié)構(gòu)三維理論模型 ?雙折射薄膜界面特性分析 ?雙折射薄膜的電場(chǎng)傳輸特性分析 35 雙折射結(jié)構(gòu)二維理論模型 s? 表示不同的入射方向，傾斜柱 表示薄膜的柱狀方向 ??S偏振光的有效介電常數(shù)入射角無(wú)關(guān)的物理量，取決于柱狀結(jié)構(gòu)的方向等參量。時(shí)薄膜模擬結(jié)果 . Qi, . Shao, D. P. Zhang, K. Yi, . Fan, Applied Surface Science (Accepted) 120 1 10 ZrH?? E eV?? E eV?? 2 eV?44 夾具運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)控制示意圖 王建國(guó) , 邵建達(dá) , 范正修 .夾具三維運(yùn)動(dòng)控制裝置 , 發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?: 王建國(guó) ,邵建達(dá) , 范正修 .鍍膜夾具的計(jì)算機(jī)控制裝置，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?: 雙折射薄膜實(shí)驗(yàn)制備及分析 45 (a) α=60186。 (c) rpm。 (d) α=80186。 的反射鏡的表面 3次反射，反射光偏振態(tài)的變化而獲得相位延遲。 ） 全介質(zhì)層相位延遲膜設(shè)計(jì)與制備 55 雙波段相位延遲膜設(shè)計(jì)的光譜特性和相移特性曲線 ?在 85％左右的反射率，相對(duì)于相移在設(shè)計(jì)光譜范圍內(nèi)的振蕩增大。 83 啁啾鏡類型 84 啁啾鏡的特點(diǎn) ?一般啁啾鏡缺點(diǎn)：相位調(diào)制產(chǎn)生波紋、在腔內(nèi)形成較強(qiáng)的駐波場(chǎng) ?雙啁啾鏡優(yōu)點(diǎn)：在啁啾波區(qū)腔外側(cè)的反射率為零，以此來(lái)消除共振效應(yīng)和位相色散波紋本身的駐波場(chǎng)。 度時(shí)的光譜曲線 棱鏡型偏振分光設(shè)計(jì) 125 空氣中入射角度為 13176。1239。122)(4)()(4)(??????shdcchshdcRshdcchshdcRpppppsssss發(fā)生 FTIR時(shí)， ???????????39。1224)(4)(????chshdcRchshdcRpppsss135 設(shè)計(jì)實(shí)例 400 500 600 70005101520253035404550556065707580859095100d 1 =40 n md 1 =60 n mRsRpRpRsReflectance/%w a v e l e n g t h / n mRpRsd 1 =90 n m d1取不同厚度值時(shí)的 p, s兩種偏振光的反射率曲線 (n0=、 n1=，入射角度為