宽波带高反射率介质膜的研究

本文从多层介质薄膜的特征矩阵方程出发概述了反射率透过率计算的一般理论。对于以λ／４高折射率介质和λ／４低折射率介质为基本周期的膜系的高反射率波带宽度进行了分析。给出利用一个中心波长λ／４膜系迭加另一个中心波长λ／４膜系中间插入补偿层的展宽波带的方法。 理论计算表明，在Ｋ－９玻璃上高折射率介质用硫化锌，低折射率介质用氟化镁，用两个１５层的λ／４膜系中间插入一层补偿层即可得到覆盖可见光区的宽波带高反射率。 在真空镀膜机上研制的膜片实测结果与理论计算基本相符。文中介绍了镀膜工艺的特点。所镀制的宽波带激光反射镜用于氦镉空阴极放电白激光器得到４４１６Ａ，５３Ｔ８Ａ，６３６０Ａ等多谱线激光输出大于５０毫瓦。     

多层高反膜的理论设计与光学特性研究

利用软件Essential Macloed对光学多层介质反射膜作了理论设计：用packing density的概念模拟了多孔薄膜,实现了材料折射率的可调节;通过计算分析了非四分之一波长膜系的光学特性,得出倍频反射带反射率随高折射率膜层厚度变化的关系,该结果对于特殊膜系的设计具有一定的理论指导意义。     

窄带滤光片设计中敏感度的影响因素

窄带滤光片设计中,通过改变一些参数可以设计出性能较好的窄带滤光片,但是有些理论设计却和制备的结果不符.为了揭示它们之间的变化关系,在光学薄膜设计软件Essential Macleod中进行了模拟试验.针对窄带膜系中的高低折射率间隔层、反射层层数、干涉级次和腔数对窄带滤光片设计与制备中敏感度的影响进行了分析.结果表明:增加反射层层数,会使陡度变好,半宽度变窄,矩形度变差,同时无论采用高折射率还是低折射率材料为间隔层都会增加膜系的敏感度,增大制备难度;增加干涉级次,会使陡度变好,半带宽变窄,矩形度变好,窄带滤光片的敏感度不会受到影响,然而当采用低折射率材料作为间隔层时,随着干涉级次的增加,敏感层(间隔层)会增大厚度误差和制作难度;增加腔数,会使陡度变好,半宽度变宽,矩形度变好,若以高折射率材料为间隔层则对膜系的敏感度没有影响,但是若以低折射率材料为间隔层则会增加膜系的敏感度.     

用矩阵法研究薄膜光学的干涉问题

本文用矩阵方法研究了薄膜光学中,从单层介质膜推广到多层介质膜的干涉矩阵,从而简洁地得到计算膜系的反射系数和透射系数的表达式.     

含负折射率材料的一维光子晶体光学传输特性研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

含负折射率材料缺陷的一维光子晶体的透射性质

利用传输矩阵方法模拟了含负折射率材料缺陷的多层膜体系的透射率,发现这种结构具有高Q值的多共振透射峰。     

可见光消偏振介质分光薄膜的研制

在现代光学测试和光学应用中,基于分束镜的分光效率特点,研制出了一种高稳定性的介质消偏振分光膜。光消偏振介质分光薄膜采用了等效折射率和等效厚度的选材方式,并对高低折射率材料的匹配进行了优化处理,得到了高低折射率材料组合的优选结果。发现了中心波长对消偏振分束镜的反射光与透射光影响的因素,探讨了一种低误差灵敏度的高稳定性介质分光膜设计方法,其特点是膜系结构简单,易于批量生产,并研制出较为理想的宽波段与广角度变化的中性介质分光膜。     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及缺陷模

利用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的能带结构和缺陷模特性.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带.计算了含有普通电介质缺陷层和特异介质缺陷层两种情况下的透射谱,发现在正入射时,对于正负折射率材料组成的一维光子晶体引入普通电介质缺陷层时,其缺陷模的个数随着缺陷厚度的增大而增多,这种特性在滤波器方面有重要的应用价值.而对于传统光子晶体中引入特异介质缺陷层时,随着缺陷厚度的增大,新的缺陷模并没有出现.     

光子晶体全角度反射器件的研究

在总结金属反射镜及多层介质反射镜的优缺点的基础上研究一维光子晶体全角度反射器件．分析了反射带中心波长、边缘波长及带宽对全角度反射器件性能的影响,并对如何避免Brewster角做了定量分析．按照一维光子晶体的设计思想,利用MgF2/ZnS2种材料的λ／4光学膜系来实现在特定波长范围内的全角度反射,达到了设计要求．     

高磁损耗型纳米多层膜研究

研究一种能用于微波吸收的高磁损耗型纳米多层膜材料,该多层膜材料采用软磁合金层CoFeZrNd和绝缘介质层SiO2交替的周期结构,用磁控溅射工艺制备的这类薄膜在微波段可具有高磁导率和大磁损耗,2GHz时μ121,μ147．重点探讨了磁性合金层厚度、介质层厚度、周期数等对这类多层膜材料微波复磁导率的影响规律和机理．     

介质层光学厚度为非λ0/4的一维光子晶体透射谱研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了当一维光子晶体的介质层光学厚度不为λ0/4时,光子晶体的光学传输特性,详细计算并分析了这类光子晶体的透射谱.结果表明,在这种常常被研究者们所忽视的介质层光学厚度为非λ0/4情况下,仅通过适当调节介质层的实际厚度就能够产生一个或多个近完全透射带,这将为光子晶体滤波器的制作提供一种简单的方法.     

利用无序获得更低折射率比范围内的全向反射

讨论了如何获得较低折射率比 (nH/nL)下的全向反射 .在 1/4波长膜系基础上 ,采用非周期结构 ,设计了在高低折射率分别为 2 .16和 1.4 4下的可见光波段范围内的全向高反膜 ,并对非周期膜系和 1/4波长膜系进行了比较 ,最后实验制备了 5 95～ 6 10nm波段的全向高反膜 .     

含负折射率材料的宽带全方位反射镜

利用传输矩阵方法模拟了正负折射率材料交替生成的多层膜体系的反射率对不同偏振模式的角度和频率响应。结果表明,该体系具有很宽的反射带,并且反射带不会随着入射角度的变化而发生平移,可以用来制作高品质的宽带全方位反射镜。     

用于光通信的超窄带光子晶体滤波器的设计及特性研究

把G=3,N=3的Cantor序列一维光子晶体看作是由光学厚度均为λ0/4的两种介质按分形Cantor序列堆砌27层而成。用5层光学厚度0λ/5的第3种介质替换晶体中第10~15层的低折射率介质后,得到一种新结构的光子晶体。用传输矩阵法研究新结构光子晶体的能带特性,结果表明,新结构光子晶体有更宽的带隙,并在中心波长处出现了一个超窄透射窗口,透射率几乎为100%,当λ0=1 550 nm时,透射窗口的半高宽仅为0.2 nm。晶体的这一特性可用来制作超窄带光子晶体滤波器,在光通信和光学精密测量等技术中有一定的应用价值。     

光纤照明光源发生器的设计与制作

采用金属卤化物作发光物质,将发光管设计成球泡形状,给出了金属卤化物发光管的结构及制作工艺;将光学界面设计为椭球形状,采用3个不同中心波长的λ/4膜堆叠加而成的多层介质膜系对反射聚光器进行镀膜,从而获得所需要的高反射波长区域.将发光管和光学界面精确定焦,使出射光束均匀聚焦到光纤首端面,提高了光纤照明系统的发光效率.测试结果表明:设计制作的100W和150W的两种光纤照明光源的稳定性好、寿命长.     

介质层光学厚度为非λ0／4的-维光子晶体透射谱研究

采用光学传输矩阵方法，模拟研究了当一维光子晶体的介质层光学厚度不为λ/4时，光子晶体的光学传输特性。详细计算并分析了这类光子晶体的透射谱．结果表明。在这种常常被研究者们所忽视的介质层光学厚度为非λ/4情况下，仅通过适当调节介质层的实际厚度就能够产生一个或多个近完全透射带，这将为光子晶体滤波器的制作提供一种简单的方法．     

可应用于四结砷化镓太阳电池的ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜的结构设计

在采用磁控溅射方法分别制备单层ZnS、MgF_2、SiO_2薄膜及表征其折射率基础上,以折射率逐渐减小的三层结构(HML结构)思想,采用TFC光学薄膜软件,设计并模拟了可用于四结砷化镓(GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs)太阳电池的三层ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜系.并分析模拟了窗口层厚度、各膜层厚度和折射率以及光入射角对有效反射率的影响.结果表明:窗口层厚度、SiO_2的折射率和ZnS膜层厚度对有效反射率R_e的影响最为显著;在350~1 800nm宽波段,当窗口层厚度为83nm,膜系厚度分别为57nm、37nm和88nm,且光入射角为0°时,有效反射率Re最小可达3.38%.     

基于石墨烯双曲色散腔中回音廊共振的纳米激光器

本文设计并研究了基于石墨烯球形双曲色散超材料腔(由多层石墨烯和介质交替包裹介质核组成)中回音廊共振的纳米激光器.首先说明该石墨烯-介质核壳结构具有双曲型色散关系,支持共振波长远大于腔尺寸的回音廊模式,能够把电场局域在深度亚波长的区域.另外,由于该腔支持多个不同阶次的偶极回音廊共振,并能够在不同介质层中形成强约束电场,具有高Purcell因子.因此,通过在相应的介质层引入增益,可实现多波长激射,且阈值较低.对于直径404 nm的腔,在32.3μm的激射阈值仅为80.6 cm~(-1).进一步说明通过改变介质折射率、石墨烯费米能级或石墨烯/介质层对数,还能够实现激射波长的宽带调谐.最后说明对于仅由2对石墨烯/介质层组成的回音廊共振腔,最大共振波长和直径比也达到约50倍,相应的激射阈值仅90.74 cm~(-1).该纳米激光器兼备了深度亚波长、低阈值和宽带可调谐等特性,有望在太赫兹集成器件中发挥重要的应用.     

光学迭代法在X射线多层膜设计中的应用

文中考虑了材料的相对导磁系数对材料复数折射率的贡献,使分层介质系统的光学迭代法更具普遍性;还系统地研究了理想X射线多层膜的掠入射镜面反射率与层厚比及周期数的关系,这对X射线多层膜的制备具有指导意义     

含Kerr缺陷函数型光子晶体低阈值双稳态的对比研究

运用非线性传输矩阵法对比研究含Kerr缺陷余弦函数型和Sinc函数型光子晶体的光学双稳态.结果表明,选取中心层为Kerr缺陷层的对称结构可以大大降低双稳态阈值;在缺陷层光学厚度不变的前提下,减小中心缺陷层线性折射率而增大两侧介质层周期数均可以实现更低双稳态阈值;研究还表明,在介质层光学厚度相同的前提下,介质层折射率分布函数选取余弦函数形式较Sinc函数形式能够实现更低阈值.