论文部分内容阅读
雕塑双折射薄膜是一种新型的、具有各向异性微结构的薄膜。斜入射沉积技术是制备雕塑双折射薄膜的一种方法，它以物理气相沉积为基础，以基片的倾斜和旋转为手段。本文采用斜入射沉积的电子束蒸发技术，制备了ZnS，ZrO2，TiO2等常用的雕塑双折射薄膜，观察了薄膜的断面结构和表面结构，研究了薄膜的光学特性与沉积工艺的关系，制备了TiO2薄膜位相延迟片。
对于斜入射沉积的ZnS薄膜，沉积角度较低时为立方相，沉积角度较高时为非晶态。在相同的监控厚度时，随沉积角的增大，薄膜的实际厚度变小，但薄膜的多孔性使其总大于余弦曲线对应的理论厚度。当沉积角度从60°增加到85°时，ZnS薄膜的折射率从2.23减小到1.98，随之对应的薄膜堆积密度从0.95减小到0.76。当沉积角度为80°时，ZnS薄膜的双折射效应最显著，其值为△n=0.036。
用斜入射沉积技术制备了具有双折射特性的ZrO2薄膜。由于斜入射沉积的阴影效应和低的原子扩散速率，200-400℃范围内退火的ZrO2薄膜均表现为非晶态，即斜入射沉积技术推迟了薄膜退火时的结晶温度。当基片没有转动时，得到的是具有倾斜柱状结构的薄膜。随着沉积角度的增加，薄膜的折射率从2.03减小到1.36，堆积密度从0.94降低到0.36。薄膜的双折射在沉积角度为70°时达到最大值△n=0.037。当基片转速从0逐渐增加到17.3rpm时，可依次得到倾斜柱状结构，螺旋结构和垂直的柱状结构，同时薄膜的折射率和堆积密度也逐渐变大，表明薄膜经历一个逐渐致密化的过程。
采用斜入射技术制备了具有双折射特性的TiO2薄膜。同ZrO2薄膜类似，TiO2薄膜断面为倾斜柱状结构，薄膜气孔率较高。对表面结构的快速傅立叶变换表明斜入射沉积的薄膜具有各向异性的结构特征。随沉积角度的增加，TiO2薄膜的折射率从2.18下降到1.60。在沉积角为65°时薄膜双折射达到最大值△n=0.067。当基片转动时，对螺旋结构和垂直柱状结构研究发现，柱体的直径与长度之间存在指数关系：W～Dp，其中生长指数p在0.60-0.65范围内。
推导了具有倾斜柱状结构薄膜的有效介质理论模型，计算了薄膜的三个主轴折射率、双折射的大小与薄膜堆积密度的关系。研究发现，不同堆积密度下的三个主折射率的变化规律为：n3＞n2＞n1。薄膜的双折射在沉积角度60-70°之间达到最大值。实验结果与有效介质理论得到的计算结果一致。
制备了TiO2薄膜位相延迟片。当波长从430nm变化到850nm时，65°沉积TiO2薄膜的位相延迟量从81°变化到29°。在这个范围内，通过调节薄膜厚度和波长，可以得到所需的薄膜位相延迟量。