光學(xué)薄膜應(yīng)力的分布與控制研究.pdf

1、光學(xué)薄膜元件是激光系統(tǒng)中的重要部件。光學(xué)薄膜中的殘余應(yīng)力對(duì)元件的性能和穩(wěn)定性有著巨大的影響，因此必須對(duì)薄膜應(yīng)力進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本文研究了薄膜應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制、薄膜應(yīng)力的分布規(guī)律和對(duì)薄膜元件面形的影響、薄膜應(yīng)力對(duì)薄膜屈曲的影響以及薄膜應(yīng)力的控制技術(shù)。
　　首先討論了薄膜本征應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理的理論模型，提出了一個(gè)新的多層薄膜熱應(yīng)力的理論計(jì)算公式。該公式中包含三個(gè)可以順序求出的參數(shù)且它們的解析式非常簡(jiǎn)潔。當(dāng)膜層厚度遠(yuǎn)小于基底厚度時(shí)，可以得到一

2、個(gè)更加簡(jiǎn)單的近似解。
　　然后研究了光學(xué)元件中光學(xué)薄膜應(yīng)力的分布規(guī)律以及其對(duì)元件面形的影響。主要研究?jī)?nèi)容包含采用TFCalc軟件設(shè)計(jì)了典型的HfO2/SiO2光學(xué)多層高反射膜;利用有限元方法對(duì)設(shè)計(jì)的HfO2/SiO2多層膜的熱應(yīng)力、本征應(yīng)力和殘余應(yīng)力的分布規(guī)律和對(duì)元件面形的影響進(jìn)行了模擬分析，熱應(yīng)力的有限元結(jié)果和理論公式得到的結(jié)果相一致;研究了不同膜層數(shù)對(duì)HfO2/SiO2多層膜熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果表明:隨著膜層數(shù)的增多，

3、SiO2層和HfO2層內(nèi)的熱應(yīng)力均呈減小趨勢(shì)，SiO2層內(nèi)的殘余壓應(yīng)力呈略微增大的趨勢(shì)，而HfO2層內(nèi)的殘余拉應(yīng)力呈略微減小的趨勢(shì)。
　　本論文還研究了薄膜應(yīng)力對(duì)薄膜屈曲的影響。使用屈曲理論模型和ANSYS有限元模擬兩種方法對(duì)HfO2/SiO2多層膜中的殘余應(yīng)力與屈曲的關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果表明兩者結(jié)果吻合得很好。在模擬的殘余應(yīng)力條件下，多層膜初始脫粘區(qū)的臨界半寬在148～149μm左右。
　　最后對(duì)薄膜應(yīng)力的控制技術(shù)進(jìn)行了研