不同衬底上ca纳米多层薄膜制备及光学特性研究

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1、摘要liiiiiirllllllllrllll111iiiliPiiiiiiiiIY2290916纳米薄膜作为特殊形态的材料，具有传统材料所不具备的一些特殊的光、机、电以及磁等性能，已经被广泛的应用于光电子学、微电子学和太阳能等新型领域，尤其是现代光通信的发展，对相应通信器件的性能有着越来越高的要求，而特种的光学纳米薄膜材料独特的性能恰好可以使某些器件的实用性能得到大幅度的改善。本文研究制备的Ca纳米多层薄膜就是针对原有的Ca原子法拉第反常色散滤光器性能的改善而提出的。由于以往法拉第反常色散滤光器中的核心器件均需要采用恒

2、温的原子气室，其体积大、能耗高、结构复杂，无论是自由空间还是水中激光通信的应用局限性都较大。若能采用纳米薄膜全固化机制替换原有的原子气室的方法，进而可除去原子气室以及其加热附属装置，达到体积小、功耗低、结构简单、易于集成，既具有传统干涉滤光片的优点，又能弥补传统原子滤光器的不足。所以本文的研究就显得具有实际的应用价值，而且对后续的研究工作可以打下一定的基础。本文首先对光学薄膜特性的基本理论给出了具体的阐述，从麦克斯韦方程组到光学导纳j最后到单层以及多层光学薄膜特性均给出了详细的公式推导过程。其次讨论了此次纳米薄膜的膜料和

3、基片的选择原因，给出了膜料和基片的一些物化性质，以及主要的功能和用途；对Ca纳米多层薄膜的膜系设计给出了说明，并且通过模拟软件TFC对所设计的膜系进行了计算。最后我们首次尝试在不同基片CaF2(111)、MgF2(001)和LiF(100)上设计和镀制了Ca原子纳米多层薄膜。所制备的薄膜在室温条件下，可在空气中长时间存放，而没有明显的脱落现象。通过对三种衬底上Ca多层薄膜分别进行XRD、SEM、AFM测试，得到以CaF2(111)为衬底的Ca多层薄膜的表征相对更好，其中Ca的平均晶粒尺寸为36．8rim，以(111)方向

4、择优取向；Ca多层薄膜表面MgF2的晶粒平均尺寸在614．56nm左右，粗糙度和粗糙度均方根分别为8．688nm和10．939nm。通过对三种衬底上Ca多层薄膜进行分光光度计的测试，相对比较来说，以CaF2(111)为衬底的Ca多层薄膜更适于应用在Ca原子法拉第反常色散滤光器的性能要求，其在中心波长422．7nm处的透射、吸收以及反射率分别为24．89％、73．33％、2．04％。关键词：纳米薄膜，微观结构，光学肿121z厶匕I=t匕，真空蒸镀ABSTRACTAsaspecialformofmaterials，Nano-

5、filmhassomeparticularoptical，mechanical，electricalandmagneticalproperties，andwaswidelyusedasthematerialinmanynewareas，suchasoptical．electronics，micro。electronicsandsolarenergy,etc．Especiallyasthemodemopticalcommunicationdevelopment，theperformanceofthecorrespondin

6、gcommunicationdeviceshaveincreasinglyhigherrequirements，butsomeuniquepropertiesofspecialopticalNano-filmmaterialscansignificantlyimprovethepracticalityofcertaindevices．ThispapertheCanano-multilayerfilmisdesignedforpreparationforimprovementtheperformanceofCaAtomFa

7、radayAnomalousDispersionOpticalFilter．becauseofthecoredeviseoftheFaradayanomalousdispersionopticalfilterInthepastareAtomicgaswhichneedofaconstanttemperatureroom，itslargevolume，highenergyconsumption，structuralcomplexity,eitherFree．spaceorunderwatercommunicationisl

8、argelimitationinpracticalapplication．Ifusingnano—filmcuringmechanismtoreplacetheexistingAtomicgas，therewouldremoveAtomicgasroomheatingandauxiliaryequipmenttoac