高光谱性能光学薄膜是国家重大光学工程、光电子产业的基石。为了提高光学薄膜的光学性能并开发精确制备技术，现有研究主要围绕设计理念、监控技术和薄膜材料等方面展开。目前，薄膜技术已经取得了长足进步，能实现高光谱性能光学薄膜的鲁棒性设计，多种基于高光谱性能光学薄膜的精确制备技术相继被提出。从薄膜设计、精确制备技术以及薄膜材料几方面出发，本文对现代高光谱性能光学薄膜研究进行了回顾和讨论，并对高性能光学薄膜潜在的挑战和进一步研究方向进行了展望。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2591
1 复旦大学义乌研究院，浙江 义乌322000
2 复旦大学信息科学与工程学院 光科学与工程系，上海 200433
3 青海大学新能源光伏产业研究中心，青海 西宁 810016
辐射冷却是近来日益得到关注的被动冷却形式，它以外太空为冷源，无需额外消耗能量，在建筑冷却、太阳能电池降温、舒适衣物与可穿戴设备等诸多方面都有着良好的应用前景。本文对辐射冷却的发展历史与冷却原理做了简单回顾，对辐射冷却材料的种类和优缺点进行了系统介绍，并对辐射冷却材料的设计、制备、表征方法进行归纳总结，最后对相关应用领域进行概述，并对今后辐射冷却材料与技术的发展趋势进行展望。
辐射冷却 光学镀膜 微纳结构 热辐射 radiative cooling optical coating micro/nano structures thermal radiation
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
集成电路与光刻机系统中通常会设计并使用很多小曲率半径的大陡度透镜,以实现大数值孔径,这对镀制于其表面的紫外薄膜的性能提出了很高的要求。本文分析了行星夹具转动过程中大陡度凸透镜从中心到边缘位置的薄膜沉积角度的变化规律,研究了MgF2膜层的折射率随沉积角度的变化规律,明确了大陡度凸透镜从中心到边缘位置的膜层折射率不均匀性对深紫外增透膜的影响。针对小曲率半径大陡度凸透镜表面的膜层沉积特性,通过升高基底温度提高了折射率分布的均匀性,为大陡度透镜膜层折射率不均匀性修正提供了理论和实验依据。
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 成都国泰真空设备有限公司, 四川 成都 611130
基于非余弦膜厚计算公式,提出了利用极坐标简化表征膜厚分布的方法,对单源电子束蒸发的光学薄膜的膜厚均匀性控制进行了研究,同时对修正板的放置位置进行了计算。相对于传统修正板置于蒸发源正上方的方法,采用极坐标法计算得到的修正板位置更有利于控制膜厚分布的均匀性。以蒸发H4和MgF2为例,分别对高、低折射率材料的修正板位置和形状进行计算,并利用这两种材料分别制备单层膜,实测光谱均匀性偏差优于0.3%,证明了所提方法的正确性与可行性。
薄膜 光学镀膜 膜厚均匀性 修正板 光学学报
2019, 39(12): 1231001
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电信息学院, 吉林 长春 130022
在超大规模集成电路中, 为满足数值孔径为1.35、波长为193 nm的光刻曝光系统45 nm的成像分辨率要求, 设计了一种新型光可变衰减器, 用于控制系统的光能透射率, 调整曝光能量。该衰减器在光入射角为20°~40°时, 衰减面的平均透射率呈线性变化并从95%降低至8%, 同时保证其余三个表面的光能损失均低于1%。设计和制作了光可变衰减器的光学薄膜, 其基底材料选择熔融石英, 膜层材料采用LaF3和AlF3。实验测试了光可变衰减器系统性能, 测试结果显示该系统的光能透射率在8%~90%范围内连续可调, 实验结果满足设计要求。与传统光可变衰减器相比, 该系统可调制衰减范围更大, 衰减量更稳定, 具有一定的应用价值。
薄膜 深紫外光刻 光可变衰减器 截止滤光膜 光学镀膜
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 超精密光学工程研究中心, 吉林 长春 130033
本文采用离子束溅射方法制备GdF3薄膜, 并研究其沉积速率分布特征。首先, 采用膜厚仪测量得出GdF3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图, 通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次, 分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后, 以二维沉积速率分布公式为基础, 通过计算机编程设计均匀性挡板, 并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明, 沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布, 在竖直方向上满足标准Gauss分布, 拟合公式残差为205×10-6。改变离子源的束流和束压, 沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大, Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大, 峰值位置xc逐渐增大, 在θ=292°时, GdF3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验, 可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为979%。
离子束溅射 光学薄膜 沉积速率 二维拟合 膜厚均匀性 ion beam sputtering optical coating deposition rate two dimension fitting coating thickness uniformity
中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
利用国内最大箱式高真空镀膜设备ZZS3600，开展了双离子束辅助反应蒸发技术及光学薄膜厚度均匀性研究。借助MarkⅡ离子源辅助反应蒸发技术，对Ta2O5、SiO2常见的高、低折射率光学薄膜进行了制备与特性分析。结果表明：在蒸发源与沉积基底距离较大的镀膜环境下，具有低能、高束流密度离子源有利于薄膜结构的致密化，薄膜性能的改善。根据大口径光学元件尺寸，结合真空室空间几何配置，开展了行星及单轴转动方式下镀膜膜厚均匀性的研究。行星转动方式下，分析了直径140 cm行星盘工件膜厚均匀性，无修正挡板运行时膜厚不均匀性优于0.4%。单轴转动方式下，分析了200 cm光学元件膜厚均匀性，并通过设计修正挡板将膜厚不均匀性控制在0.6%以内。采用双离子束辅助反应蒸发技术有利于实现高性能大口径光学薄膜的制备。
离子辅助沉积 高真空镀膜设备 大口径光学薄膜 光学特性 膜厚均匀性 IAD high vacuum coating facilities large optical coating optical properties thickness uniformity
沈阳仪表科学研究院有限公司, 辽宁 沈阳 110043
为了说明光学薄膜行业相关标准的发展概况, 对光学薄膜技术领域相关国家标准和行业标准进行了总结, 主要归纳为5个主题方向:膜层功能、面形偏差、表面疵病、环境适应性及产品应用等。介绍了各个主题方向包含的主要标准及发展历程, 重点介绍了膜层功能主题方向的标准从1977年以来的4个阶段性发展历程。针对各个主题方向, 分析了各个主题方向的国家标准及行业标准的适用性, 并提出了光学薄膜领域国家标准及行业标准发展的5项建议:更新相关标准, 系列化归纳标准, 统一规范标准引用, 对复杂标准增加解释说明, 根据产业发展需求制定相关新标准。
光学薄膜 标准化水平 国家标准 行业标准 optical coating level of standardization national standard occupation standard
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
分别建立了真空镀膜机行星系统中平面光学元件薄膜厚度模型和修正挡板校正薄膜厚度非均匀性模型，并运用数值计算方法完成修正挡板优化设计；研究了使用修正挡板校正薄膜厚度分布时平面行星夹具上热蒸发薄膜材料的沉积效率。实验结果表明：依据修正挡板校正薄膜厚度非均匀性模型优化设计的修正挡板能使口径为310 mm、无倾斜放置的平面行星夹具上，由电子束热蒸发工艺制备的MgF2薄膜厚度均匀性优于99.6%，并且热蒸发MgF2薄膜材料的沉积效率高于87.4%。
薄膜 光学镀膜 厚度均匀性 修正挡板 行星系统
