钽铌基高折射率薄膜的制备与光学性能研究

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1、工学硕士学位论文钽铌基高折射率薄膜的制备与光学性能研究韩浚生哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：O439工学硕士学位论文钽铌基高折射率薄膜的制备与光学性能研究硕士研究生：韩浚生导师：杨文龙副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：O439DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPreparationandOpticalPropertiesof

2、TantalumNiobiumBasedHighRefractiveIndexFilmsCandidate：HanJunshengSupervisor：Prof.YangWenlongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：OpticsEngineeringDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈尔滨理工大学硕

3、士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《钽铌基高折射率薄膜的制备与光学性能研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《钽铌基高折射率薄膜的制备与光学性能研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的

4、硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密。(请在以上相应方框内打√)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日哈尔滨理工大学工学硕士学位论文钽铌基高折射率薄膜的制备与光学性能研究摘

5、要随着集成光学、激光技术的发展，对高折射率光电功能材料特别是高精确折射率薄膜的需求越来越急迫。高折射率材料具有优秀的折射率性质，应用于精密激光器、增透膜、反射膜、光学干涉滤光片等。然而目前高折射率材料的折射率单一，不能满足需求精确折射率的光学器件，所以通过调控获得具有精确折射率材料是很有价值的研究。本文计算了钽铌基体块和薄膜材料的电子结构和光学性质，制备了高质量的钽铌基光学薄膜，研究了钽铌基光学薄膜的结构和基本光学性能间的规律，通过不同浓度的掺杂实现对折射率的精确调控，并对薄膜的三阶非线性光学性能进

6、行研究。构建了钽铌基体块和薄膜材料的模型，通过对其结构和光学性质的计算，表明钽铌基薄膜价带主要由氧离子的p轨道和部分B位阳离子的d轨道贡献，而导带则主要由阳离子的d轨道和部分氧离子的p轨道贡献。在可见光范围内，折射率随波长的增大而降低，属于正常色散；在同一入射光波长下，Nb2O5薄膜的折射率大于Ta2O5薄膜，介电函数、反射率等光学性质谱线较Ta2O5薄膜均有不同程度的红移。利用电火花烧结（SPS）技术制备钽铌基薄膜，采用脉冲激光沉积（PLD）成功的在Pt(111)/Ti/SiO2/Si、单晶Si片

7、和熔融石英玻璃衬底上制备了钽铌基光学薄膜。其微观形貌测试表明薄膜的表面平整，无裂纹。利用紫外-可见光分光光度计和椭偏仪测量薄膜的光学性质，根据透射与吸收特性研究了薄膜的厚度参数和光学禁带。在可见光范围内，薄膜的透过率达到70~90%；在不同衬底上薄膜折射率谱线变化趋势相同，呈正常色散，且在同一波长下，Nb2O5薄膜的折射率大于Ta2O5薄膜，与理论计算的结果一致；色散谱符合柯西模型，拟合得到薄膜的折射率方程参数。La元素的掺入可以对Nb2O5薄膜的折射率进行调控，通过掺入不同浓度的La元素实现折射率

8、在Ta2O5与Nb2O5薄膜之间进行精确调控，得出不同衬底上折射率调控率。通过Z扫描研究钽铌基薄膜的三阶非线性光学性质，其透过率归一化曲线图呈现峰-谷特征，其非线性折射率系数n’2<0，表明具有自散焦现象。计算得出，Nb2O5薄膜的非线性折射率系数为-2.33×10-9cm2/W，大于Ta-922O5薄膜的-1.42×10cm/W。I哈尔滨理工大学工学硕士学位论文关键词钽铌基薄膜；第一性原理；脉冲激光沉积；折射率调控；光学非线性II哈尔滨理工大学工学硕士学位论文Pre