线性渐变滤光片的制备与测试

线性渐变滤光片是一种在小型快速分光测试设备中广泛应用的光学薄膜器件。讨论了各种线性渐变滤光片的设计方法;给出了用离子辅助沉积(IAD)工艺制备线性渐变滤光片的膜厚修正方法;并分析了线性渐变滤光片光谱测试时,滤光片线性色散系数,测试光斑尺寸对其光谱特性的影响,给出了相应的测试方法和测试结果。     

30.4 nm正入射成像系统滤光片

多层膜反射镜是30.4 nm正入射望远镜的主要反射元件,但它在紫外、可见和近红外光波段也具有很高的反射率,需要滤光片来消除这些长波辐射,而滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起重要作用.根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料.在考虑透过率和膜强度的基础上,确定了滤光片的膜层厚度.改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,其波长扫描精度为±0.017～±0.097 nm,对所制备的铝滤光片进行25.6～1 000 nm波段的透过率测量,测量结果显示其在30.4 nm 处的透过率为58.85%.为了比较全面地反映该种滤光片的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段的透过率,其值接近零,证明了该滤光片可满足30.4 nm成像系统的需要.     

17.1 nm极紫外滤光片的制备

为了预警空间天气，需对日地空间物理过程进行监测，极紫外（Extreme Ultraviolet, EUV）滤光片是极紫外成像仪其中的重要组成部分，用来去除太阳辐射光谱中的非工作波段的辐射。为了优化EUV滤光片在17.1 nm波长处的透过率，本文基于比尔-朗伯定律通过理论计算和软件模拟确定17.1 nm EUV滤光片的材料及厚度。首先，采用真空热蒸发的方式在熔石英基底沉积脱膜层和金属薄膜，成功制备了以镍网为支撑的EUV滤光片。经测试，滤光片在17.1 nm处的透过率约为43.81%，表面光滑平整且无明显针孔。接下来为了说明氧化层对透过率的影响，使用椭圆偏振光谱仪测量滤光膜样品，得到放置不同时间的氧化层膜厚，并测得粗糙度来优化模拟滤光片透过率。利用IMD拟合样品氧化层厚度及粗糙度，调整层厚达到与实际测量值最为接近的曲线。实验结果表明滤光片透过率的模拟值与测量值绝对误差约1%，符合良好。本文为17.1 nm EUV滤光片提供了制备方法以及优化思路，在空间探测领域有重要应用价值。     

太阳跟踪器干涉滤光片的研制与测试

根据太阳光谱在波长750nm处的光能相对比较稳定,能避免杂光干扰这一特点,研制一种太阳跟踪器干涉滤光片.采用红外石英玻璃作为基底,选择Ti2O3和SiO2作为高低折射率材料,利用台伦对称膜系等效层的概念,设计三半波干涉滤光片.通过真空镀膜和离子辅助沉积系统,研制了在波段400nm-720nm、780nm- 1000nm平均透过率低于0.1％,750nm的透过率高于91％,带宽为40nm的太阳跟踪器干涉滤光片.在制备过程中,解决了Ti2O3吸收问题;通过实验,分析了波长漂移产生的原因并提出可行办法.     

30.4nm正入射成像系统滤光片的研究

多层膜反射镜在30.4nm正入射望远镜上是主要的反射元件,但是它在紫外、可见和近红外光波段也同样有很高的反射率,因此需要滤光片来消除这些长波辐射。选择合适的滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起到重要的作用。本文根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料;考虑到透过率和膜的强度的需要,确定了滤光片的膜层厚度。改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,并且波长扫描精度为±0.17Å~±0.97Å,又用其对所制备的铝滤光片进行25.6 nm～1000 nm波段的透过率测量,测量结果显示它在30.4 nm 处的透过率为58.85%。为了比较全面地反映它的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段透过率,测量的透过率接近零,因此证明该滤光片满足30.4 nm成像系统的需要。     

用于植物培育实验的宽带负滤光片的研制

植物生长过程中对太阳光谱的吸收具有选择性。由于植物在光合作用和生长发育中对蓝紫光和红光较为敏感,因此设计并镀制了一种滤光片,目的是从太阳光谱中过滤掉植物吸收很少、且可能有害的黄绿光,从而采集植物生长所需要的蓝紫光和红光。通过离子源辅助电子枪蒸镀的物理沉积方式在大尺寸的K9玻璃基底上镀制了宽带负滤光片,镀膜后的滤光片在400~470nm和630~750nm波长范围内平均透过率大于90%,而500~580nm波长范围内平均透过率小于0.2%。结果表明该宽带负滤光片膜系的镀制满足植物培育实验的使用要求。     

线性渐变滤光片的制备方法研究

提出了一种离子束刻蚀制备线性渐变滤光片(LVOF)的方法。离子束刻蚀过程中,通过在样片和离子束出射窗口之间加入开有三角形透射窗口的挡板以及样片水平方向多次来回运动完成楔形谐振腔层制备,配合离子束辅助反应电子束真空镀膜技术,完成线性渐变滤光片的制作。设计三组不同刻蚀次数的制作实验,制作出了工作波长为500~580 nm、线色散系数为1.03 nm·mm~(-1)的线性渐变滤光片。实验结果表明,通过调节样品台运动速率或者刻蚀次数,能够制备出具有预期楔角谐振腔层的线性渐变滤光片。     

周期性渐变折射率光学薄膜的设计及光谱特性分析

分析折射率呈不同函数分布的周期性渐变折射率薄膜的光谱特性,分析表明光谱曲线具有负滤光片的特性。分别从最低和最高折射率、周期数、周期厚度的角度,对用共蒸法制备的周期性渐变折射率薄膜光谱特性进行了详细分析讨论。结果表明截止带中心波长和截止带宽度与周期厚度成线性关系,截止带中心波长的反射率与周期数成三次多项式关系。用堆叠和叠加两种方法设计渐变折射率多截止带负滤光片,并分析两种方法在共蒸法方式制备下的优缺点。最后总结出了渐变折射率负滤光片的设计方法。     

利用Pb1-xGexTe材料的折射率异常性质改善红外光学薄膜的低温性能

红外薄膜干涉滤光片性能在低温下的变化是空间遥感系统中的一个关键性问题。经研究表明IV-VI族半导体PbTe和GeTe的赝二元合金Pb1-xGexTe在铁电相变点具有折射率异常—相应于铁电相变,Pb1-xGexTe薄膜呈现出最大折射率值。用Pb0.94Ge0.06Te材料代替PbTe材料,制作了一个红外薄膜干涉滤光片。测试结果表明:其中心波长漂移从0.48nm/K改进到0.23nm/K,在所测量的80K～300K的温度范围,用Pb0.94Ge0.06Te材料制作的滤光片的峰透过率高于用PbTe材料制作的滤光片约3%,从而极大地改善了光学薄膜器件在深低温环境下的稳定性和可靠性。     

光谱范围为170—220nm 的高反板

本文指出使用 MgO 和 MgF_2能实现光谱范围为170—220nm 的高反射率多层介质膜堆。如果使用 MgF_2膜做其保护膜,该膜堆具有长期稳定性。由于这样处理,对于装在探测气球上的望远镜来说,可以获得的中心波长为185nm 的通带滤光片。     

光通讯用低PDL线性渐变衰减滤光片

计算了渐变衰减滤光片的偏振相关损耗,分析了镀膜工艺对偏振相关损耗的影响,提出了降低偏振相关损耗的方法。采用线性迭代修正法和膜厚分布可调控制技术,提高了渐变衰减滤光片的线性度。制造出线性度小于5%、偏振相关损耗小于0.08dB的高性能渐变衰减滤光片。     

可见区圆形渐变滤光片

本文介绍了可见区圆形渐变滤光片(VCVF)。这是一种膜层厚度沿着圆形通路成线性变化的典型滤光片,这种滤光片的带宽可达10～50毫微米,峰值透过率为15～50％。本文还讨论了这种滤光片的制备工艺,其特点是在蒸发源与被镀制的基片之间采用二个旋转掩膜挡板,以获得膜层厚度的变化。这种滤光片具有一系列的优点,可以用于诸如热量计、光度计和水污染分析仪器等仪器仪表中。     

基于混合优化算法测定铝薄膜光学常数

提出了一种离线精确测定金属铝薄膜光学常数的方法.与传统的原位测量方法相比,这种方法简便,不需要连接到真空室的复杂测量设备上.该方法以测量椭偏光谱曲线和分光光谱曲线为目标,考虑金属铝薄膜在空气中表面氧化的影响,在混合优化算法的基础上,使用基于色散关系的多波长法拟合确定金属铝薄膜从紫外到可见区(200～800nm)的光学常数;优化算法采用多种群并行遗传算法和单纯形法相结合的方式,提高了拟合质量和速度,得到了理想的结果,光谱曲线拟合误差＜2%.在确定了铝光学常数的基础上,镀制了单腔紫外诱导透射滤光片,测量的透过率光谱与设计结果在265nm处的峰值透过率偏差＜1%.     

中科院光电所推出YGF野外光谱辐射计

<正> 中国科学院光电技术研究所研制的YGF—B型、A型光谱辐射计,在国内最先采用了高透过率的渐变滤光片,具有多视场角和较大相对孔径,提高了光能利用率和探测灵敏度。仪器采用微机采集和数据处理,提高了测量精度,实现了野外实时测量。在数据采样、反射率     

高精度光谱辐射计测量超低光谱透过率

设计并研制了一种基于光栅双单色仪的高精度全自动单光束光谱辐射计。该仪器主要由高稳定氙灯、带有快门的单光阑屏、石英透镜、中性减光片、紫外光栅双单色仪、光电探测器及电控系统组成,测量光谱范围为200~400 nm, 可以实现10^-6~10^-8量级光谱透过率高精度测量,测量过程由自行编制的计算机软件进行自动控制,能实现全自动单光束测量。给出了该仪器的测量原理、测量方法及数据处理方法。利用该仪器测量了紫外滤光片样品的光谱透过率,分析了测量不确定度。实验结果表明,该仪器测量精度高、速度快、测量合成标准不确定度＜3.16×10^-3,完全满足测量精度要求,可应用于对精度要求高的紫外滤光片光谱透过率的测量。     

基于CCD相机的光纤传像器件光谱透过率测试仪设计

光谱透过率是分析光纤传像器件透光性能的一个关键参数,提出了一种用积分球与CCD相机的光谱透过率测试仪的原理、组成和图像处理软件。方法是通过计算不同波长下图像的灰度值,测量光谱透过率。对仪器所需的光源、滤光片的特性进行了分析。测试结果表明,对于不同厚度的光纤传像器件,光谱透过率的变化规律基本一致。检测证明这种仪器测试速度快、操作方便,测量结果准确可靠。     

高性能光学合成石英玻璃的制备和应用

介绍了制备光学合成石英玻璃的常用工艺方法,包括化学气相沉积、等离子化学气相沉积和间接合成法等;给出了不同光学石英玻璃使用的原材料、它们的特点及其在不同领域的应用综述了该项技术在国内外的发展现状。比较了上述制备方法的优缺点,其中立式化学气相沉积工艺是目前最成熟的商业化工艺,可用于制备直径达Φ600mm以上、光学均匀性优于2×10~(-6)、抗激光损伤阈值达30J/cm2@355nm的大尺寸合成石英玻璃;等离子化学气相沉积工艺可制备内在质量优异、羟基含量≤5×10~(-6)、光谱透过率T190-4000nm≥80%的全光谱透过石英玻璃;间接合成法可制备光吸收系数小于1×10~(-6)/cm@1064nm、羟基含量≤1×10~(-6)、光谱透过率T157-4000nm≥80%的石英玻璃,而且易于掺杂及控制缺陷,进而制备各类掺杂特殊功能的石英玻璃。文章最后指出:上述制备工艺各有优缺点,应根据高端光电技术领域的应用需求采取适当的制备工艺。     

稳定的窄带干涉滤光片

滤光片通带中心波长λｏ稳定性,是使用过程中最重要的性能参数。该文从膜材料的“微孔度”出发,实验筛选出两种“微孔度”最小的膜科、用以组成窄带干涉滤光片。研配一种新的完全中性的光学胶,它不与滤光片膜层发生任何化学反应。再辅以其其它工艺措施,成功制作出高稳定度的滤光片。滤光片存放３年,其λｏ未发生漂移。这些滤光片已用于激光测距等多种军事工程,它们的长期稳定性在战备环境中得到进一步验证。此外,该文还提出了     

采用亚微米埋入式光栅的彩色滤光片

为进一步提高彩色滤光片的色度性能和光能利用率,设计了一种宽带宽高透射率的亚微米埋入式光栅结构,该结构由PMMA基底、ZnS膜层、二维Al金属光栅和SiO2覆盖层等组成。采用严格耦合波理论分析了ZnS膜层厚度、周期、占空比等结构参数对透射光谱特性的影响,并在此基础上优化结构参数,获得了宽带宽滤波输出。当透射光谱中心波长为635,530和455nm时,相应透射效率分别为68%,78%和71%,半极大值处全宽(FWHM)约为100nm。计算结果表明,与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比,所设计光栅结构的中心光谱透射效率可提高19%,并有效减少了三色输出光谱之间的重叠区域,提高了彩色滤光片的色度性能。     

基于等效层理论的薄膜滤光片中心波长消偏振膜系设计

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗,本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100GHz信道间隔滤光片膜系结构,实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析,计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率,实现了不同偏振光中心波长的对准。然后,根据等效层理论,设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比,本文提出的膜系结构更为简单,对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明:该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准,偏振光波长偏离度小于0.03nm,波长调谐范围能达到35nm。