光頻電磁波在薄膜結(jié)構(gòu)中傳播的空間干涉現(xiàn)象研究及應用.pdf

1、信息技術正在經(jīng)歷從電子學、光電子學到光子學的發(fā)展。隨著社會文明的發(fā)展，人們對信息量的需求呈現(xiàn)爆炸性增長的趨勢，迫切需要提高荷載信息的容量和加快處理信息的速度。以光子或光波代替電子或電磁波作為信息的載體是高速率和大容量現(xiàn)代信息技術發(fā)展的重要特點之一。二十一世紀將出現(xiàn)光子信息時代。光子學是一門具有極強應用背景的學科，已產(chǎn)生了一系列新穎光子技術，諸如光子的發(fā)生(激光技術)、光傳輸、光調(diào)制和開關、光存儲、光探測、光顯示技術等等。作為技術的基礎和

2、先導，通過先進光子材料和器件的研制，能夠促使各種光子技術獲得實際應用，這要求新型光子材料和器件具有較短的響應時間、低維(如薄膜結(jié)構(gòu))和易于集成的特點。在本論文中，圍繞光子薄膜的重要應用需求，首次較系統(tǒng)地研究了光頻電磁波在薄膜中傳輸時發(fā)生的光子空間干涉的現(xiàn)象和原理，所獲得結(jié)果將有助于提高光子薄膜材料和器件的性能，促進光子技術的發(fā)展。
　　 論文的內(nèi)容主要包括了以下幾方面：
　　 第一章首先簡述了光子學和光子技術的應用背景，

3、光子薄膜結(jié)構(gòu)是眾多光子技術應用的基礎和先導，敘述了薄膜光學的重要基礎-光子干涉的現(xiàn)象和原理，進而說明了本論文研究的目的和意義。
　　 第二章詳細論述了研究中所采用的實驗系統(tǒng)與方法，包括等離子體輔助電子束蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和操作方法；薄膜參數(shù)的兩種重要表征方法：掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)；介紹了用于測量薄膜干涉的橢圓偏振測量術；最后描述了制備SiO2薄膜的最佳工藝條件。有研究中，采用掃描電子顯微鏡(

4、SEM)測量樣品的表面形貌；采用X射線光電子能譜(XPS)測量子薄膜元素的化學態(tài)和化學配比；采用橢圓偏振光譜方法測量了SiO2薄膜的光學性質(zhì)，研究和分析了各種工藝條件(射頻等離子輔助功率、生長速率和襯底溫度等)對薄膜物理性質(zhì)和光學性質(zhì)的影響，獲得了最佳的薄膜生長工藝條件和規(guī)律。
　　 第三章從麥克斯韋方程組出發(fā)，詳細闡述了光波在單層和多層薄膜材料中傳播的干涉規(guī)律的經(jīng)典理論。
　　 第四章詳細討論了光子在薄膜材料中傳播的空

5、間干涉規(guī)律。首先在橢偏實驗測量中觀察到一種非正?，F(xiàn)象--當光程差d=p，2p左右時，利用光波在薄膜材料中傳播的經(jīng)典干涉規(guī)律和經(jīng)典橢偏學測量模型擬合計算出的橢偏參數(shù)值嚴重偏離實驗測量值。本文對這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行了深入分析，首次提出了光頻電磁波在薄膜結(jié)構(gòu)中傳播時的空間干涉模型，對經(jīng)典橢偏學測量模型進行了修正，并用于實驗結(jié)果的分析，獲得了新模型與實驗數(shù)據(jù)很好吻合的結(jié)果。所給出的考慮空間干涉效應的光學薄膜公式將可用于光子薄膜材料和器件設計、