薄膜濾光片

用電子束(EB)蒸發(fā)的TiO2和SiO2薄膜系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用。但是用常規(guī)的蒸發(fā)技術(shù)，即使基板的溫度高達(dá)300℃以上，薄膜仍呈現(xiàn)出明顯的柱狀結(jié)構(gòu)特性。這種柱狀結(jié)構(gòu)的薄膜，由于膜層中包含著大量的空隙，因此隨著薄膜濾光片吸潮，膜層折射率升高，濾光片的中心波長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生明顯的漂移。為了表征這種結(jié)構(gòu)特性，人們提出了聚集密度P，它被定義為薄膜中固體部分的體積與總體積之比。所以它是一個(gè)描述薄膜疏松程度的物理量。

隨著離子鍍膜技術(shù)的發(fā)展，諸如離子輔助淀積(IAD)，反應(yīng)離子鍍(RIP)和離子束濺射(IBS)等，薄膜的聚集密度得到了顯著的提高，甚至已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)報(bào)道，有些薄膜的聚集密度大于1。這意味著薄膜的密度比自然界中的大塊材料的密度還要高，原因是在高聚集密度的薄膜中，常常呈現(xiàn)出較大的壓應(yīng)力，致使薄膜具有更高的聚集密度。但是，即使薄膜的聚集密度大于1，濾光片中心波長(zhǎng)仍會(huì)出現(xiàn)漂移。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，影響薄膜濾光片中心波長(zhǎng)漂移的不僅是聚集密度，而且還有薄膜與基板的溫度折射率系數(shù)和熱膨脹系數(shù)。所以濾光片的中心波長(zhǎng)漂移可以簡(jiǎn)單地表示為Δλ=薄膜空隙吸潮引起的漂移+溫度折射率變化引起的漂移+熱膨脹引起的漂移。

顯然，當(dāng)采用離子技術(shù)使聚集密度提高到1時(shí)，吸潮引起的中心波長(zhǎng)漂移已可忽略不計(jì)，而其他兩種因素上升為主要因素。本文僅從一般工藝出發(fā)，著重考察一下TiO2/SiO2組成的三腔濾光片的光學(xué)穩(wěn)定性與上述三種因素的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光區(qū)域，對(duì)于聚集密度約為0.92的膜系，這三種因素中，吸潮引起的中心波長(zhǎng)最大，數(shù)量級(jí)在10 nm左右。對(duì)于膠合的膜系來(lái)說(shuō)，膜系空隙中水汽折射率隨溫度的上升而下降引起的中心波長(zhǎng)短移大約在1×10-2nm/℃量級(jí)。而熱膨脹引起的漂移大約在1×10-3nm/℃量級(jí)。