一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于真空鍍膜【技術領域】，具體涉及一種激光波長用減反射薄膜的設計方法。包括以下步驟：1)利用橢圓偏振儀測量H層和L層的折射率；2)在理想設定情況下計算H層和L層的物理厚度；3)設定H層的物理厚度空間為[(1-︱δH︱)dH，(1+︱δH︱)dH]，L層的物理厚度空間分別為[(1-︱δL︱)dL，(1+︱δL︱)dL]；4)將H層和L層進行均勻化分層；5)將H層和L層折射率按照設定的層數離散化；6)在H層和L層物理厚度空間矩陣化，根據沉積設備的控制精度確定步長；逐點計算物理厚度空間內的剩余反射率；7)在物理厚度矩陣空間內搜索確定剩余反射率最低點，其對應的H層和L層的物理厚度值即為設計的結果。
【專利說明】一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于真空鍍膜【技術領域】，具體涉及一種激光減反射薄膜的設計方法。
【背景技術】
[0002]在激光系統(tǒng)中使用的單波長減反膜，一般采用兩層高、低折射率材料光學厚度匹配的結構。如果將減反膜的剩余反射率控制在0.01%以下，即當透過率達到99.99%以上時，一般采用離子束濺射沉積技術。該技術制備的光學薄膜具有吸收小、膜層體散射小、致密度高、改善基板表面粗糙度等優(yōu)點，被廣泛用于激光薄膜的制備。
[0003]但是，基于離子束濺射沉積方法制備的薄膜，其折射率的非均勻性較為明顯，在非平衡物理過程下生長的光學薄膜，一般在厚度生長方向上具有一定的折射率非均勻性，這個非均勻性的大小與沉積方法、沉積工藝參數、基底的表面特性密切相關。盡管在工藝過程可以將折射率非均勻性最小化，但是不能完全消除，薄膜折射率的非均勻性直接影響到成膜后的光譜性能。不考慮折射率非均勻性時僅能將剩余反射率控制在0.01%以下，所以在設計時必須考慮膜層折射率的非均勻性對光譜的影響，以實現設計與工藝的完整匹配性。
[0004]因此，亟需研制一種膜層具有折射率非均勻性的情況下減反膜的設計方法，通過在設計階段充分考慮膜層的特征，實現超低剩余反射率的減反膜制備。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是針對激光減反膜進行數值設計，通過考慮膜層材料的折射率非均勻性設計，達到設計與工藝匹配的目的，該方法可以適用于任何折射率非均勻性下的激光減反膜的膜系設計。
[0006]為了實現這一目的，本發(fā)明采取的技術方案是:
[0007]—種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，激光減反膜主要包括基底、高折射率膜層即H層、低折射率膜層即L層，包括以下步驟:
[0008]I)利用橢圓偏振儀測量H層和L層在激光波長點的折射率；
[0009]測量H層和L層在激光波長點的折射率非均勻性δ H和SL;
[0010]測量H層和L層在近基底端和遠基底端的折射率；
[0011]2)假定膜層材料折射率均勻，在此理想設定情況下計算H層和L層的物理厚度，分別記為dH和dL ；
[0012]3)設定H層的物理厚度空間為[(1-| δΗ I ) dH, (1+ I δΗ I ) dH],
[0013]L層的物理厚度空間分別為[(1-| 5L I )dL, (1+ I δ L I ) dL];
[0014]4)將H層和L層進行均勻化分層:
[0015]將H層分為N層，N是與dH/2nm相鄰的整數，N彡dH/2nm ；
[0016]將L層分為M層，M是與dH/2nm相鄰的整數，M彡dL/2nm ；
[0017]5)將H層和L層折射率按照設定的層數離散化:
[0018]根據步驟I)中測量的H層和L層在近基底端和遠基底端的折射率和步驟4)中確定的層數，均勻化離散每層的折射率；
[0019]6)在H層和L層物理厚度空間矩陣化，根據沉積設備的控制精度確定步長；逐點計算物理厚度空間內的剩余反射率；
[0020]7)在物理厚度矩陣空間內搜索確定剩余反射率最低點，其對應的H層和L層的物理厚度值即為設計的結果。
[0021]進一步的，如上所述的一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，步驟6)中，在H層和L層物理厚度空間矩陣化的步長為0.lnm。
[0022]進一步的，如上所述的一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，H層和L層的薄膜材料分別為Ta2O5和S12,激光減反膜的設計波長為632.8nm，入射角度為
0° 0
[0023]本發(fā)明技術方案提供了一種膜層具有折射率非均勻性的情況下減反膜的設計方法，通過在設計階段充分考慮膜層的特征，實現了設計與工藝的完整匹配性和超低剩余反射率的減反膜設計，從而廣泛應用于目前的所有高精度激光減反膜的制備中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明方法中激光減反膜的理想物理模型；
[0025]圖2是本發(fā)明方法中膜層具有折射率非均勻性時的激光減反膜物理模型；
[0026]圖3是本發(fā)明方法中物理厚度空間剩余反射率計算流程圖；
[0027]圖4是本發(fā)明方法中物理空間剩余反射率計算結果。
[0028]圖中:1-低折射率膜層/L層，2-高折射率膜層/H層，3-基底，4-入射介質。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術方案進行詳細說明。
[0030]在本具體實施例中，一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，激光減反膜主要包括基底、高折射率膜層即H層、低折射率膜層即L層，選擇H層和L層的薄膜材料分別為Ta2O5和S12，減反膜的理想物理模型如圖1所示。包括以下步驟:
[0031]I)利用橢圓偏振儀測量H層和L層在激光波長點的折射率；
[0032]測量H層和L層在激光波長點的折射率非均勻性δ H和SL;
[0033]測量H層和L層在近基底端和遠基底端的折射率；
[0034]具體的是:設計波長選擇為632.8nm，入射角度為0° ;利用橢圓偏振儀測量H層和L層薄膜的折射率分別為2.10和1.47，折射率非均勻性δ H=-0.08，δ L=0.05。
[0035]2)假定膜層材料折射率均勻，在此理想設定情況下計算H層和L層的物理厚度，分別記為dH和dL ；
[0036]具體的是:計算理想設計的H層和L層的物理厚度分別為dH=26.5nm和dL=142.2nm。
[0037]3)設定H層的物理厚度空間為[(1-1 δΗ I ) dH, (1+ I δΗ I ) dH],
[0038]L層的物理厚度空間分別為[(1-1 5L I )dL，(1+ I 5L I ) dL]；
[0039]計算結果是H層和L層的物理厚度空間分別為[24.3828.62]和[135.09149.31]。
[0040]4)將H層和L層進行均勻化分層:
[0041]將H層分為N層，N是與dH/2nm相鄰的整數，N彡dH/2nm ；
[0042]將L層分為M層，M是與dH/2nm相鄰的整數，M彡dL/2nm ；
[0043]具體如圖2所示，將H層和L層均勻化分層并離散化折射率，層數設定分別為14層和和72。
[0044]5)將H層和L層折射率按照設定的層數離散化:
[0045]根據步驟I)中測量的H層和L層在近基底端和遠基底端的折射率和步驟4)中確定的層數，均勻化離散每層的折射率；
[0046]具體的是:將折射率非均勻性考慮在內，將H層和L層折射率分層化，確定H層折射率從2.225到2.057，L層折射率從1.458到1.532。
[0047]6)在H層和L層物理厚度空間矩陣化，步長選擇為0.1nm ;利用MTALAB編寫計算程序，計算流程如圖3所示，逐點計算物理厚度空間內的三維剩余反射率，計算結果如圖4所示。
[0048]7)在物理厚度矩陣空間內搜索到剩余反射率最低點，其對應的H層和L層的物理厚度值物理厚度分別為28.1nm和136.7nm，與不考慮折射率非均勻性情況下的設計相比，高折射率膜層要厚1.6nm，低折射率膜層厚度要薄5.5nm。
【權利要求】
1.一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，激光減反膜主要包括基底、高折射率膜層即H層、低折射率膜層即L層，其特征在于:包括以下步驟: 1)利用橢圓偏振儀測量H層和L層在激光波長點的折射率； 測量H層和L層在激光波長點的折射率非均勻性δΗ和SL; 測量H層和L層在近基底端和遠基底端的折射率； 2)假定膜層材料折射率均勻，在此理想設定情況下計算H層和L層的物理厚度，分別記為dH和dL ； 3)設定H層的物理厚度空間為[(1-1δΗ I )dH, (1+ I δΗ I ) dH], L層的物理厚度空間分別為[(1-1 5L I )dL, (1+ I 5L I )dL]； 4)將H層和L層進行均勻化分層: 將H層分為N層，N是與dH/2nm相鄰的整數，N彡dH/2nm ； 將L層分為M層，M是與dH/2nm相鄰的整數，M彡dL/2nm ； 5)將H層和L層折射率按照設定的層數離散化: 根據步驟I)中測量的H層和L層在近基底端和遠基底端的折射率和步驟4)中確定的層數，均勻化離散每層的折射率； 6)在H層和L層物理厚度空間矩陣化，根據沉積設備的控制精度確定步長；逐點計算物理厚度空間內的剩余反射率； 7)在物理厚度矩陣空間內搜索確定剩余反射率最低點，其對應的H層和L層的物理厚度值即為設計的結果。
2.如權利要求1所述的一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，其特征在于:步驟6)中，在H層和L層物理厚度空間矩陣化的步長為0.lnm。
3.如權利要求1所述的一種膜層具有折射率非均勻性的激光減反膜設計方法，其特征在于:H層和L層的薄膜材料分別為Ta2O5和S12，激光減反膜的設計波長為632.8nm，入射角度為0°。
【文檔編號】G02B1/11GK104237979SQ201310227533
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月7日 優(yōu)先權日:2013年6月7日
【發(fā)明者】劉華松, 姜玉剛, 王利栓, 冷健, 季一勤 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所