论文部分内容阅读
薄膜结构和光学性能表征是光学薄膜研究不可或缺的两个部分，为了适应溶胶-凝胶工艺在光学薄膜制备方面的发展需求，本文致力于薄膜结构与性能表征方法的探索和拓展。薄膜结构研究采用X射线反射(XRR)和掠入射X射线散射(GISAXS)两种方法，这两种方法均采取掠入射方式，能够实现无损探测且测试结果具有统计意义。XRR是探测薄膜结构的有力手段，能够得到薄膜厚度和界面粗糙度等结构信息，可对溶胶合成及制备条件对薄膜结构的影响进行考察;GISAXS是研究薄膜微观结构的探测技术，可用于分析薄膜内部有序介孔的排布特征及有序单元的结构信息。薄膜光学性能研究主要采用透射光谱拟合分析法，透射率测试快速而准确，基于合适的色散模型对透射光谱进行拟合分析得到膜层光学常数。 本文以薄膜的多层结构模型为讨论对象，推导得出薄膜测试光谱的普适性计算方法。详细介绍XRR光谱计算的Parratt递推规律，归纳有序介孔薄膜的GISAXS测试图像特征;薄膜系统的透射率和反射率计算以块体透明材料的推导结果为基础，首先根据特征矩阵理论计算透明基底上多层薄膜的透射率和反射率，再利用等效界面法得到基底上单面镀膜（旋涂镀膜）和双面对称镀膜（提拉镀膜）两种情况下薄膜系统的总透射率和总反射率，从而可以对透射光谱和反射光谱进行拟合计算。运用MATLAB语言编写计算程序，并在MATLAB中设计交互式GUI窗口，实现数据和拟合参数的输入输出操作、拟合过程的可视化。 溶胶-凝胶法制备光学薄膜以氧化物材料为主，因此本文选取TiO2膜、ZrO2膜和有序介孔SiO2膜为研究对象，本论文研究重点在于薄膜透射光谱的拟合分析，从而得到薄膜光学常数。选择合适的色散模型，拟合分析薄膜的透射光谱或椭圆偏振光谱，通过比较光学表征和XRR测试得到的膜厚数值是否一致来判定光学分析结果的可靠性。对于有序介孔SiO2薄膜，除了XRR和透射光谱分析外，薄膜内部的介孔排布规律由GISAXS图像分析得到，并讨论了薄膜光学性能与微观结构之间的联系。这些研究方法的探索有助于拓展光学薄膜的表征手段，为光学薄膜研究的发展提供支持和帮助。