光学镀膜元件的应力-面形演化及其控制技术

高精密光学系统对光学镀膜元件的面形有着很高要求，但目前对光学薄膜沉积过程中薄膜的应力演化与控制、玻璃基底在镀膜过程中的应力释放及两者相互作用的过程缺乏深入和系统的理解。本项目将该类元件的应力和面形演化研究分解为基底应力释放、薄膜沉积、蒸汽流停止、降温、真空室充气、大气环境中稳定化六个过程，通过应力实时测量技术、离线测量技术和薄膜结构分析技术相结合，更深入地理解多层光学薄膜宏观应力与结构及工艺之间的联系，建立起实现给定面形要求的光学镀膜元件的设计方法，并对整个工艺过程形成更细化的指导方案。

利用双光束曲率测量装置实时研究了HfO2、SiO2单层膜及多层膜的应力演化过程，研究了薄膜在沉积、停镀、降温及放气过程中的应力行为，分析了膜层与基底、膜层与膜层之间相互作用对多层膜应力演化的影响，获得了单元层应力与整体应力之间的关系。运用演化曲线阶跃量分析技术，实现了界面力的测量。基于膜层结构的弛豫现象，建立了一个多晶膜的应力演化模型。并考虑界面力的影响，通过线性组合给出了复合膜的生长应力模型。利用多光束应力实时测量装置研究了多层膜在热循环过程中的热应力。利用干涉仪面形测量方法，对光学玻璃进行了镀膜过程中的热循环环境测试。此外，还研究了磁控溅射Si基薄膜应力演化过程，发现物理吸附与化学吸附的区别导致了应力恢复程度的不同。揭示了吸附动力学与应力演化之间的关系，并基于吸附机制建立了应力释放机制。.在国家自然科学基金的支持下，本项目按研究计划进行，并圆满地完成了项目计划书任务。项目共发表8篇论文（其中SCI收录5篇），培养了2名博士研究生。