應用於雷射干涉重力波偵測器之以離子束濺鍍法製作之奈米膜層結構高反射鏡及其結晶條件之探討

Fabrication and annealing study of the ion beam sputtered nano-layer structures in the high reflective dielectric mirror for the laser interference gravitational wave

王順錦(Shun-Jin Wang)

指導教授 ： 趙煦

國立清華大學/電機資訊學院/光電工程研究所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2013.00275

摘要

根據愛因斯坦的廣義相對論中所敘述，具有加速度的物質會產生重力波(又稱引力波)。LIGO(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)以超大型邁克森干涉儀，欲量測重力波，然而重力波強度極其微弱，必須降低外在雜訊的干擾，方可顯現欲觀察之訊號，因此，雜訊的降低為此量測系統中最需克服之困難。經由模擬得知，此干涉儀中最需改善之雜訊為Coating Brownian noise，是由高反射鏡上薄膜所產生。欲降低此雜訊，可將薄膜進行退火，並且於較高的退火溫度下，可達到較佳的效果，然而薄膜以高溫退火，可能造成內部產生結晶，其晶粒間摩擦將導致損耗上升。因此提升退火溫度，並維持薄膜其非晶結構為此主要目的。
本實驗中，利用離子束濺鍍法，鍍製多層薄膜。多層膜由TiO2與SiO2兩薄膜所堆疊，其中，各層之TiO2膜厚相同，SiO2亦然，並以不同層數之多層膜，區分相異之單層膜厚，如層數為三層之多層膜，其單層TiO2膜厚為42.56奈米，至於十九層結構，其TiO2厚度則為8.51奈米。將上述之多層膜以不同溫度退火，並使用XRD與TEM進行相鑑定，找尋單層膜厚與結晶溫度之關係，其結果發現，於單層厚度越薄的情況下，薄膜結晶溫度越高。TiO2薄膜結晶溫度大約為200℃，若將薄膜厚度降為8.5奈米，結晶溫度將可提升至300℃附近。利用此結果，可應用於高反射鏡中，將內部堆疊之膜厚降低，以提升結晶溫度，並以此設定為退火溫度進行退火，預期可大幅降低雜訊強度。

關鍵字

重力波偵測器 ； 機械損耗

參考文獻

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