[发明专利]一种薄膜残余应力分离和测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学元器件，尤其是涉及一种薄膜残余应力分离和测量装置。

背景技术

几乎所有的薄膜都存在应力，光学薄膜的应力研究在薄膜器件的设计和使用中占有重要的地位。薄膜应力的存在直接影响薄膜器件的成品率，张应力过大会引起薄膜破裂，而压应力过大则会导致薄膜卷曲和剥落。从器件整体上讲，残余应力又影响着光学器件表面面形，在使用中引起入射反射波前畸变，影响器件的光学性能。

对于蒸发沉积制备的薄膜，受较低的沉积粒子表面动能(＜300meV)和沉积温度(通常在20℃到300℃之间)的影响，形成的薄膜较疏松，呈多孔柱状的微结构。薄膜的多孔结构易吸附水蒸气，对薄膜最终应力的影响很大。离子束辅镀的薄膜从真空环境移到大气环境中后，应力值发生较大变化，并且光谱向长波方向漂移。薄膜的残余应力按照成因一般可分为内应力、热应力和由水诱发的应力。内应力是在薄膜的生长过程中形成的，受粒子能量、沉积速率、薄膜厚度以及材料的物理或化学掺杂的影响。热应力是由于薄膜和基底的热膨胀系数不匹配引入的。若薄膜与基底的热膨胀系数差异较大，基底温度又有很大的变化，则热应力对总的残余应力贡献较大。不同的薄膜-基底组合会产生不同大小的热应力，选择合适的基底材料可以降低热应力的影响。由水诱发的应力则是薄膜孔洞吸附了大气中水汽引起的。由此可见，影响应力的因素是复杂的，应力随着基底材料、沉积工艺、存放环境和存放时间等条件的变化而变化。

对于惯性约束核聚变系统来说，光学薄膜元件系统地排列于真空环境中。目前，国内大部分光学薄膜元件的残余应力大都是在大气环境下进行研究和分析，在干燥或真空环境的研究还较少，同时，分离残余应力以探究影响各分应力的因素存在一定的困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现非接触、无破坏性测量，操作方便、精度高的薄膜残余应力分离和测量装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种薄膜残余应力分离和测量装置，其特征在于，该装置包括密封箱、干涉仪、反射镜、加热板、水平微调底座及输气管，所述的干涉仪、反射镜、加热板、水平微调底座及输气管均设置在密封箱内，加热板上放置待测样品，干涉仪发出光束，经反射镜反射到达待测样品的表面，光束被反射后再次经过反射镜反射回到干涉仪中，与干涉仪中的标准面的反射光发生干涉。

所述的密封箱由不锈钢支架和有机玻璃加工而成。

所述的密封箱的侧壁开设有用于放入和取出样品的门，门上开两个直径为20cm的孔，橡胶手套从孔中穿过，橡胶手套经法兰固定在孔内，放入样品后关闭门，外界与密封箱内部的操作通过橡胶手套来进行。

所述的干涉仪设在反射镜的一侧，所述的加热板及水平微调底座设在反射镜的下方，所述的输气管紧贴密封箱的侧壁设置，输气管的侧壁有均匀分布的气孔，干燥的氮气通过气孔能均匀地缓慢流入，分布在密封箱中。

所述的干涉仪为菲索型干涉仪，可以通过被测样品与干涉仪中的标准镜之间的干涉图样得到被测样品的表面形貌。

所述的反射镜与水平面呈45°倾斜放置，中心波长为632.8nm，面形为1/10λ。

所述的加热板调整密封箱内的温度，加热板与控制其工作的温度控制仪与热电偶连接。

所述的水平微调底座调节被测样品在水平方向的起伏。

与现有技术相比，本发明可以实现非接触、无破坏性测量，操作方便、精度高，通过实验结果计算得到薄膜的残余应力，分离薄膜各成分应力，同时推出薄膜的多个力学和热学参数，有助于科研工作人员改进薄膜制备工艺，控制薄膜应力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为利用该装置所测量的薄膜应力-温度变化值及拟合直线。

图中，1为密封箱、2为干涉仪、3为反射镜、4为待测样品、5为加热板、6为水平微调底座、7为输气管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种薄膜残余应力分离和测量装置，其结构如图1所示，该装置包括密封箱1、干涉仪2、反射镜3、加热板5、水平微调底座6及输气管7，干涉仪2、反射镜3、加热板5、水平微调底座6及输气管7均设置在密封箱1内，