光学薄膜的制备|控制|测试

　　光学薄膜是一类重要的光学元件，广泛地应用于现代光学、光电子学、光学工程以及其他相关的科学技术领域。光学薄膜的性能要求与其具体应用密切相关，不同领域系统以及应用环境会对光学薄膜的性能提出不同的要求。

光学薄膜的制备

　　薄膜的制备技术就是把体材料变成薄膜态材料的技术，如何把相应的薄膜材料按照特定的要求沉积为薄膜，对于高性能光学薄膜来说，无疑是Z重要的。常用的制备技术是真空热蒸发，Z常用的蒸发手段是电阻蒸发和电子束蒸发。

　　这些年来，尽管光学薄膜制备技术得到长足发展，但是真空热蒸发依然是Z主要的沉积手段，当然热蒸发技术本身也随着科学技术的发展“与时俱进”。在光学薄膜发展的过程中，各种先进的薄膜制备技术不断充实到光学薄膜制备的行列中来，其中包括离子束溅射技术，离子镀技术，离子辅助沉积技术，磁控溅射技术，分子束外延技术，激光沉积技术，溶胶一凝胶技术，化学气相沉积技术，原子层沉积技术以及分子静电自组装技术等。

　　这些技术用于光学薄膜的制备，不仅大大展宽了光学薄膜可以利用的材料范围，而且极大地改进了光学薄膜的性能和功能，进而给光学薄膜提供了更为广阔的发展空间。

光学薄膜的控制

　　光学薄膜的控制技术是薄膜制备过程中沉积参数和薄膜基本性能的监控技术，通过过程参数的监控，可以保证所制备的光学薄膜符合设计要求。监控参数越准确、精度越高，光学薄膜器件的Z终性能与设计性能越接近。

　　光学薄膜的控制首先是薄膜厚度的控制。Z常用的方法有光控法和晶振法，前者控制的是光学厚度，对于规整膜系的控制有着明显的优越性;后者控制的是质量厚度，更多地用于薄膜沉积速率的控制和一些非规整膜系的控制。在现代光学薄膜的制备过程中，一般都把两者结合起来，互相补充，互相印证，实现薄膜厚度的全自动控制。由于计算机技术在薄膜技术中的充分应用，可以在制备过程中不断对实际薄膜性能进行拟合和自动补偿，从而实现薄膜过程的能动控制。

　　光学薄膜的控制技术远不限于厚度控制，为了制备质量更稳定性能更好的光学薄膜，必须对薄膜制备进行全过程控制。在薄膜沉积的过程中，必须进行真空气氛和湿度的控制，基底及环境温度的控制，薄膜材料的组分和结构的控制，蒸气源均匀性和工作状态的控制等，以保证薄膜具有设定的组分、结构及满足设计和使用要求的光学性质、力学性质以及物理与化学性质。

光学薄膜的测试

　　光学薄膜的测试，主要包括光学薄膜的器件性能和材料性能等几个方面的内容。通过测试，不仅可以给出元件的性能和质量，作为它的质量评价和应用过程中的标准参数，通过薄膜宏观与微观、终态与中间过程的检测，分析薄膜宏观与微观以及各个参数之间的内在联系，得到薄膜设计性能与实际性能和器件性能存在差别的内在原因，为薄膜科学的发展和薄膜性能的改进提供必要的依据。人们通常说，测试的精度有多高，元件的性能就有多好，可以形象地反映测试技术在光学薄膜研制过程中的重要性。

　　光学薄膜的测量首先是光谱性能的测量，该功能是由分光光度计实现的。早期的分光光度计主要用于化学分析，随着光学薄膜需求的增多，一些厂家和公司已经制备出专门用于光学薄膜的光谱性能测量的光谱仪器和用于多种性能表征的仪器设备。这些设备不仅可以用于一般的透射谱和吸收谱测量，还可以测量光学薄膜的积分散射以及在不同角度下的反射率和偏振特性。

　　除了光谱性能，光学薄膜的基本性能还包括薄膜的吸收、散射、应力、机械强度以及膜层的厚度、折射率和消光系数。此外，一些有特殊要求的薄膜需要进行高低温、高低湿度、耐辐照及耐酸碱等多种例行检验。对于激光薄膜来说，还要进行激光破坏阈值或抗激光特性的检验。为了进行这些性能的检测，已经建立了一些通用的测试设备和测试方法，不少实验室还针对不同的元件和特殊的要求建立了专门的装置和采用特定的方法。

　　从薄膜态材料的角度出发，光学薄膜不仅要关注其宏观器件特性，也要关注其微观的结构特性和材料特性。目前，各种各样的用于材料和表面测量的仪器和方法，包括X射线衍射和拉曼散射、透射电镜和扫描电镜、俄歇和光电子能谱、二次电子能谱和卢瑟福背散射以及原子力显微镜等，已经在光学薄膜的研制中得到广泛的应用。通过相应的测量和分析，可以准确地获得薄膜的结晶特性、表面界面和剖面形貌、组分和杂质及其演化特性、各种结构缺陷特性等，为薄膜性能的有效分析、改进和功能控制打下坚实的基础。