薄膜滤光片

用电子束(EB)蒸发的TiO2和SiO2薄膜系统具有重要的应用。但是用常规的蒸发技术，即使基板的温度高达300℃以上，薄膜仍呈现出明显的柱状结构特性。这种柱状结构的薄膜，由于膜层中包含着大量的空隙，因此随着薄膜滤光片吸潮，膜层折射率升高，滤光片的中心波长就会产生明显的漂移。为了表征这种结构特性，人们提出了聚集密度P，它被定义为薄膜中固体部分的体积与总体积之比。所以它是一个描述薄膜疏松程度的物理量。

随着离子镀膜技术的发展，诸如离子辅助淀积(IAD)，反应离子镀(RIP)和离子束溅射(IBS)等，薄膜的聚集密度得到了显著的提高，甚至已经有实验报道，有些薄膜的聚集密度大于1。这意味着薄膜的密度比自然界中的大块材料的密度还要高，原因是在高聚集密度的薄膜中，常常呈现出较大的压应力，致使薄膜具有更高的聚集密度。但是，即使薄膜的聚集密度大于1，滤光片中心波长仍会出现漂移。已经认识到，影响薄膜滤光片中心波长漂移的不仅是聚集密度，而且还有薄膜与基板的温度折射率系数和热膨胀系数。所以滤光片的中心波长漂移可以简单地表示为Δλ=薄膜空隙吸潮引起的漂移+温度折射率变化引起的漂移+热膨胀引起的漂移。

显然，当采用离子技术使聚集密度提高到1时，吸潮引起的中心波长漂移已可忽略不计，而其他两种因素上升为主要因素。本文仅从一般工艺出发，着重考察一下TiO2/SiO2组成的三腔滤光片的光学稳定性与上述三种因素的关系。实验结果显示，在可见光区域，对于聚集密度约为0.92的膜系，这三种因素中，吸潮引起的中心波长最大，数量级在10 nm左右。对于胶合的膜系来说，膜系空隙中水汽折射率随温度的上升而下降引起的中心波长短移大约在1×10-2nm/℃量级。而热膨胀引起的漂移大约在1×10-3nm/℃量级。