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(yīng)用.pdf

1、信息技術(shù)正在經(jīng)歷從電子學(xué)、光電子學(xué)到光子學(xué)的發(fā)展。隨著社會(huì)文明的發(fā)展，人們對(duì)信息量的需求呈現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，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(shù)發(fā)展的重要特點(diǎn)之一。二十一世紀(jì)將出現(xiàn)光子信息時(shí)代。光子學(xué)是一門具有極強(qiáng)應(yīng)用背景的學(xué)科，已產(chǎn)生了一系列新穎光子技術(shù)，諸如光子的發(fā)生(激光技術(shù))、光傳輸、光調(diào)制和開關(guān)、光存儲(chǔ)、光探測(cè)、光顯示技術(shù)等等。作為技術(shù)的基礎(chǔ)和

2、先導(dǎo)，通過先進(jìn)光子材料和器件的研制，能夠促使各種光子技術(shù)獲得實(shí)際應(yīng)用，這要求新型光子材料和器件具有較短的響應(yīng)時(shí)間、低維(如薄膜結(jié)構(gòu))和易于集成的特點(diǎn)。在本論文中，圍繞光子薄膜的重要應(yīng)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(shí)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(jìn)光子技術(shù)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(jiǎn)述了光子學(xué)和光子技術(shù)的應(yīng)用背景，

3、光子薄膜結(jié)構(gòu)是眾多光子技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，敘述了薄膜光學(xué)的重要基礎(chǔ)-光子干涉的現(xiàn)象和原理，進(jìn)而說明了本論文研究的目的和意義。
　　 第二章詳細(xì)論述了研究中所采用的實(shí)驗(yàn)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(cè)量薄膜干涉的橢圓偏振測(cè)量術(shù)；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(cè)量樣品的表面形貌；采用X射線光電子能譜(XPS)測(cè)量子薄膜元素的化學(xué)態(tài)和化學(xué)配比；采用橢圓偏振光譜方法測(cè)量了SiO2薄膜的光學(xué)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(zhǎng)速率和襯底溫度等)對(duì)薄膜物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)的影響，獲得了最佳的薄膜生長(zhǎng)工藝條件和規(guī)律。
　　 第三章從麥克斯韋方程組出發(fā)，詳細(xì)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(xì)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(shí)驗(yàn)測(cè)量中觀察到一種非正常現(xiàn)象--當(dāng)光程差d=p，2p左右時(shí)，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(xué)測(cè)量模型擬合計(jì)算出的橢偏參數(shù)值嚴(yán)重偏離實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。本文對(duì)這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)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(shí)的空間干涉模型，對(duì)經(jīng)典橢偏學(xué)測(cè)量模型進(jìn)行了修正，并用于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，獲得了新模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很好吻合的結(jié)果。所給出的考慮空間干涉效應(yīng)的光學(xué)薄膜公式將可用于光子薄膜材料和器件設(shè)計(jì)、