留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

SiO2薄膜光学常数物理模型

刘华松,  杨霄,  刘丹丹,  王利栓,  姜承慧,  姜玉刚,  季一勤,  张锋,  陈德应

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2017 >  46(9): 921003-0921003(6)
刘华松, 杨霄, 刘丹丹, 王利栓, 姜承慧, 姜玉刚, 季一勤, 张锋, 陈德应. SiO2薄膜光学常数物理模型[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921003-0921003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921003
引用本文: 刘华松, 杨霄, 刘丹丹, 王利栓, 姜承慧, 姜玉刚, 季一勤, 张锋, 陈德应. SiO2薄膜光学常数物理模型[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921003-0921003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921003
shu
Liu Huasong, Yang Xiao, Liu Dandan, Wang Lishuan, Jiang Chenghui, Jiang Yugang, Ji Yiqin, Zhang Feng, Chen Deying. Physical model of optical constants of SiO2 thin films[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(9): 921003-0921003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921003
Citation: Liu Huasong, Yang Xiao, Liu Dandan, Wang Lishuan, Jiang Chenghui, Jiang Yugang, Ji Yiqin, Zhang Feng, Chen Deying. Physical model of optical constants of SiO2 thin films[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(9): 921003-0921003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921003
shu

SiO2薄膜光学常数物理模型

doi: 10.3788/IRLA201746.0921003
  • 1.

    天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室,天津 300308;

  • 2.

    哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国防科技重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080

基金项目: 

国家自然科学基金（61405145）;天津市自然科学重点基金（15JCZDJC31900）;中国博士后科学基金（2014M560104，2015T80115）

详细信息
    作者简介:

    刘华松(1980-)，男，研究员，博士，主要从事高性能光学薄膜设计与制造技术方面的研究。Email:liubuasong@hotmail.com

  • 中图分类号: O433.4

Physical model of optical constants of SiO2 thin films

  • 1.

    Tianjin Key Laboratory of Optical Thin Film,Tianjin Jinhang Technical Physics Institute,Tianjin 300308,China;

  • 2.

    National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser,Institute of Opto-electronics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150080,China

  • 摘要: SiO2薄膜是光学薄膜领域内常用的重要低折射率材料之一。在文中研究中，通过测量薄膜的椭偏参数，使用非线性最小二乘法反演计算获得薄膜的光学常数。采用离子束溅射和电子束蒸发两种方法制备了SiO2薄膜，在拟合过程中，基于L8（22）正交表设计了8组反演计算实验，以评价函数MSE为考核指标。实验结果表明：对IBS SiO2薄膜拟合MSE函数影响最大的为界面层模型，对EB SiO2薄膜拟合MSE函数影响最大的为Pore模型。同时确定了不同物理模型对拟合MSE函数的影响大小和反演计算过程模型选择的次序，按照确定的模型选择次序拟合，两种薄膜反演计算的MSE函数相对初始MSE可下降35%和38%，表明拟合过程模型选择合理物理意义明确。文中提供了一种判断薄膜物理模型中各因素对于薄膜光学常数分析作用大小的途径，对于薄膜光学常数分析具有指导意义。
    Abstract: SiO2 thin films were deposited by ion beam sputtering (IBS) and electron beam evaporation (EB) technologies. The optical constants of SiO2 thin films were fitted by nonlinear least square algorithm. 8 group experiments were designed based on L8(22) orthogonal array. The results show that intermix is the most important factor for the IBS SiO2 thin film while Proe model for the EB SiO2 thin film. The values of MSE evaluation function for IBS SiO2 thin film and EB SiO2 thin film decline 35% and 38% respectively, which shows that the physical models are reasonable and the physical meaning is clear. The method to estimate the effect of different factors was offered, which is meaningful for the analysis of optical constants of thin films.
  • [1] Jolanta E Klemberg-Sapieha, Jrg Oberste-Berghaus, Martinu L, et al. Mechanical characteristics of optical coatings prepared by various techniques:a comparative study[J]. Appl Opt, 2004, 43(13):2670-2679.
    [2] Pliskin W A. Comparison of properties of dielectric films deposited by various methods[J]. J V S T, 1977, 14(5):1064-1081.
    [3] Miloua R, Kebbab Z, Chiker F, et al. Determination of layer thickness and optical constants of thin films by using a modified pattern search method[J]. Optics Letters, 2012, 37(4):449-451.
    [4] Rodenhausen K B, Schmidt D, Kasputis T, et al. Generalized ellipsometry in-situ quantification of organic adsorbate attachment within slanted columnar thin films[J]. Optics Express, 2012, 20(5):5419-5428.
    [5] Guo Chun, Kong Mingdong, Gao Weidong, et al. Simultaneous determination of optical constants, thickness, and surface roughness of thin film from spectrophotometric measurements[J]. Optics Letters, 2013, 38(1):40-42. (in Chinese)
    [6] Tikhonravov A V, Trubetskov M K, Tikhonravov A A, et al. Effects of interface roughness on the spectral properties of thin films and multilayers[J]. Appl Opti, 2003, 42(25):5140-5148.
    [7] Kuhaili M F, Khawaja E E, Durrani S M. Determination of the optical constants(n and k) of inhomogeneous thin films with linear index profiles[J]. Appl Opti, 2006, 45(19):4591-4597.
    [8] Bao Ganghua, Cheng Xinbin, Jiao Hongfei. Study of the evolution of refractive inhonogeneity in HfO2 thin films[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9):2761-2766. (in Chinese)
    [9] Liu Xin, Shan Fan, Chen Xian, et al. First principles study of the electronic and optical properties of silanone groups in amorphous SiO2 thin films[J]. Jouranl of Atomic and Molecular Physics, 2015, 32(5):875-878. (in Chinese)
    [10] Wang Li, Wang Peng, Wang Gang, et al. Influence of fabrication conditions on inhomogeneity of large dimensions SiO2 thin film[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2016, 28(2):022003-1-022003-6. (in Chinese)
    [11] Ya Jing, Yang Ningning, Hu Fengjiao. Study on the optical properties of SiO2 thin film after surface modification[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2015, 44(3):852-856. (in Chinese)
    [12] Liu Huasong, Yang Xiao, Wang Lishuan, et al. Charateristics of optical band gap of tantalum oxide thin film by ion beam sputtering technique[J]. Optics and Precision Engineering, 2017, 25(1):21-27. (in Chinese)
    [13] Wu Qian, Chen Songlin, Ma Ping. Spectroscopic ellipsometry of SiO2 and HfO2 thin films with different technics[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(3):765-769. (in Chinese)
    [14] Harland G Tompkins, Eugene A Irene. Handbook of Ellipsometry[M]. Berlin:Springer, 2005.
    [15] Dobrowolski J A, Kemp R A. Refinement of optical multilayer systems with different optimization procedures[J]. Appl Opti, 1990, 29(19):2876-2893.
    [16] Douglas C Montgomery. Design and Analysis of Experiments[M]. New Jersey:John-Wiley Sons, Inc., 2012.
  • [1] 褚小要, 沈瑶琼, 刘丽琴, 邹文哲, 管钰晴, 郭创为, 张玉杰, 梁利杰, 孔明, 雷李华.  Si/SiO2多层膜线宽关键参数精细化表征技术研究 . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230475-1-20230475-11. doi: 10.3788/IRLA20230475
    [2] 郑志奇, 潘永强, 刘欢, 杨伟荣, 何子阳, 李栋, 周泽林.  YbF3和YF3薄膜在0.4~14 μm超宽光谱内光学常数反演 . 红外与激光工程, 2021, 50(11): 20210371-1-20210371-6. doi: 10.3788/IRLA20210371
    [3] 姜玉刚, 刘小利, 刘华松, 刘丹丹, 王利栓, 陈丹, 姜承慧, 季一勤.  离子束溅射宽带吸收薄膜设计与制备技术研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 221003-0221003(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0221003
    [4] 姜玉刚, 刘小利, 刘华松, 王利栓, 李士达, 陈丹, 刘丹丹, 姜承慧, 季一勤.  不同沉积方式SiO2薄膜的自然时效特性 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 521001-0521001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0521001
    [5] 王多书, 李佑路, 李凯朋, 王济洲, 董茂进.  红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 404006-0404006(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0404006
    [6] 冷健, 季一勤, 刘华松, 庄克文, 刘丹丹.  热处理对双离子束溅射SiO2薄膜力学及热力学特性的影响 . 红外与激光工程, 2018, 47(6): 621002-0621002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0621002
    [7] 王利栓, 杨霄, 刘丹丹, 姜承慧, 刘华松, 季一勤, 张锋, 樊荣伟, 陈德应.  离子束溅射氧化钽薄膜光学特性的热处理效应 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 321004-0321004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0321004
    [8] 刘志超, 郑轶, 潘峰, 王震, 王健, 许乔.  1064nm激光预处理对HfO2/SiO2反射膜损伤形态转化影响研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 606003-0606003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0606003
    [9] 雷宇, 佟庆, 张新宇.  使用梯度折射率液晶微透镜阵列的光场成像 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 220002-0220002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0220002
    [10] 鲍刚华, 程鑫彬, 焦宏飞, 刘华松, 王占山.  HfO2薄膜折射率非均质性生长特性研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2761-2766.
    [11] 刘华松, 余俊宏, 冷健, 庄克文, 季一勤.  毫米波在SiO2基底材料中的传播特性 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1145-1149.
    [12] 柏东良, 杨维好, 黄家会, 张文.  高孔隙水压力下裸光纤光栅应变测试 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3729-3734.
    [13] 梅金硕, 舒昌, 贺讯军, 张狂, 吴群.  基于正折射率材料参数的旋转放大光学变换器件 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 493-496.
    [14] 杨利红, 王涛, 韩锦涛, 苏俊宏.  脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 365-368.
    [15] 刘华松, 傅翾, 季一勤, 张锋, 陈德应, 姜玉刚, 刘丹丹, 王利栓, 冷健, 庄克文.  离子束溅射制备氧化物薄膜沉积速率调整方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2192-2197.
    [16] 刘华松, 罗征, 刘幕霄, 姜玉刚, 王利栓, 季一勤, 张锋, 陈德应.  SiO2薄膜TO与LO振动模式的数值研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3746-3750.
    [17] 姜玉刚, 王利栓, 刘华松, 刘丹丹, 姜承慧, 羊亚平, 季一勤.  热处理对SiO2薄膜折射率和吸收特性的影响分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3334-3337.
    [18] 刘华松, 傅翾, 王利栓, 姜玉刚, 冷健, 庄克文, 季一勤.  离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1770-1775.
    [19] 季一勤, 姜玉刚, 刘华松, 王利栓, 刘丹丹, 姜承慧, 羊亚平, 樊荣伟, 陈德应.  热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 418-422.
    [20] 刘华松, 刘杰, 王利栓, 姜玉刚, 冷健, 季一勤.  具有亚表面损伤层基底表面的激光减反膜设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2737-2741.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  466
  • HTML全文浏览量:  98
  • PDF下载量:  78
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-05
  • 修回日期:  2017-02-13
  • 刊出日期:  2017-09-25

SiO2薄膜光学常数物理模型

doi: 10.3788/IRLA201746.0921003
  • 1. 天津津航技术物理研究所 天津市薄膜光学重点实验室,天津 300308;
  • 2. 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国防科技重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
    • 作者简介:

    刘华松(1980-)，男，研究员，博士，主要从事高性能光学薄膜设计与制造技术方面的研究。Email:liubuasong@hotmail.com

  • 收稿日期: 2017-01-05
  • 修回日期: 2017-02-13
  • 刊出日期: 2017-09-25
基金项目:

国家自然科学基金（61405145）;天津市自然科学重点基金（15JCZDJC31900）;中国博士后科学基金（2014M560104，2015T80115）

  • 中图分类号: O433.4

摘要: SiO2薄膜是光学薄膜领域内常用的重要低折射率材料之一。在文中研究中，通过测量薄膜的椭偏参数，使用非线性最小二乘法反演计算获得薄膜的光学常数。采用离子束溅射和电子束蒸发两种方法制备了SiO2薄膜，在拟合过程中，基于L8（22）正交表设计了8组反演计算实验，以评价函数MSE为考核指标。实验结果表明：对IBS SiO2薄膜拟合MSE函数影响最大的为界面层模型，对EB SiO2薄膜拟合MSE函数影响最大的为Pore模型。同时确定了不同物理模型对拟合MSE函数的影响大小和反演计算过程模型选择的次序，按照确定的模型选择次序拟合，两种薄膜反演计算的MSE函数相对初始MSE可下降35%和38%，表明拟合过程模型选择合理物理意义明确。文中提供了一种判断薄膜物理模型中各因素对于薄膜光学常数分析作用大小的途径，对于薄膜光学常数分析具有指导意义。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (16)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计