傅里叶合成法设计渐变折射率薄膜

傅里叶合成方法是一种可以根据期望的光谱特性曲线设计渐变折射率薄膜的方法.叙述了该方法的原理和Q函数的选择.介绍了修正方法使设计膜层折射率在可获得薄膜材料折射率范围内和把膜层匹配到入射介质和基底两端界面的技术.并用该方法设计ZnSe基底3～12μm红外增透渐变折射率薄膜,在设计波段平均透射率达到95%.最后对该方法作了相关评论.     

YbF3和YF3薄膜在0.4~14 μm超宽光谱内光学常数反演

为了获得红外低折射率材料的光学常数,采用电子束热蒸发技术在多光谱硫化锌基底上以不同的基底温度分别制备了单层氟化钇(YF₃)和氟化镱(YbF₃)薄膜。通过分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪分别测试其在可见至远红外波段的透射率光谱曲线,使用包络法和色散模型拟合相结合的方法对其在可见至红外波段的光学常数进行了反演,得到了其在0.4~14 μm波段内的折射率与消光系数。采用椭偏测试结果验证了YF₃和YbF₃薄膜在0.4~1.6 μm波段内的光学常数正确性;将拟合得到的光学常数代入TFCalc 膜系设计软件,计算得到的单层薄膜的透射率光谱曲线与实测的光谱曲线吻合较好。实验结果表明,该方法获得的在超宽光谱0.4~14 μm范围内的光学常数准确、可靠。     

Ge基底LaF3-ZnS-Ge高耐用中波红外增透膜

研究了LaF3材料的蒸发特性及其在2.5~12 m红外波段的光学常数,并将LaF3晶体作为低折射率材料在Ge基底上制备了中波红外3.7~4.8 m波段高耐用性增透膜。SEM照片显示,基于LaF3材料的高耐用性增透膜表面纳米晶粒分布均匀致密,表面光洁度高。利用傅里叶变换红外光谱仪测试了其光谱特性,在3.7~4.8 m波段,峰值透射率达到99.4%,双面镀膜平均透射率由47.7%提高到98.8%。牢固度、耐久性等环境试验结果显示,膜层在保持高的光学性能的同时还可以在较为严苛的恶劣环境中使用     

酒精蒸汽激光检测系统滤光器件的研制

为提高酒精检测系统的信噪比,根据比尔-朗伯定律确定双通窄带滤光片的技术参数;根据技术参数在Si基底上采用双面拆分法设计窄带滤光片,建立折射率渐变模型确定反演系数,实现膜层的准确控制。采用真空室原位退火法提高膜层聚集密度,降低膜层应力,进而提高膜层附着力,稳定膜层光谱性能;制备的膜层能够满足在(1392±10) nm和1530～1570 nm波段透射率大于90%,400～1350 nm和1600～1800 nm波段透射率小于1%,在1410～1515 nm波段透射率小于30%的要求。     

用于高功率激光放大器的单层宽谱增透膜

为了获得用于高功率激光放大器的单层宽带增透膜,采用有机聚合物聚乙烯吡咯烷酮掺杂调控二氧化硅胶体生长制备了粒度分布更宽广的稳定胶体体系,通过提拉镀膜工艺,制备了单层增透膜。采用粒度仪和粘度仪监测胶体的性质,用分光光度计测量了膜层透过率,并用X射线能谱分析了膜层结构。结果表明,聚乙烯吡咯烷酮引入胶体中使得胶体粒度分布更宽,所得膜层具有折射率渐变特性,因而膜层具有宽带增透的效果;膜层在550nm~950nm连续波段内透射率不低于99%。单层宽谱增透膜层不需后处理就可投入使用,膜层性能稳定,满足了激光装置片状放大器的运行要求。     

高折射率基底上双层增透膜的实用化设计方法

通常增透膜明显的差别是基底折射率的大小。用于可见光谱区域中的大多数基底折射率都在2.0以下。而所谓高折射率基底材料,大多数是半导体材料,主要用于中红外(3.2～4.8μm)或远红外(8～12μm)光谱区。在这三个光谱区中,一个共同的特点是窗口的相对带宽为0.4左右(△λ_f/λ_o=0.4,其中△λ_f为没有大气吸收的光学通带宽度,λ_o是窗口的工作中心波长)。对于高折射率基底的增透膜还可以进一步分为“高效的”和“耐久的”两种膜。一种简单的双层膜设计,理论上可以满足在相对带宽△λ_f/λ_o=0.42范围内,做高折射率基底材料上的高效增透膜。而且,当与多层增透膜相比     

电视、激光、中波红外多波段增透膜研究

针对多光谱成像中存在的多光谱共光路问题,在ZnSe基底上设计了三波段增透膜。通过选取合适的薄膜材料,利用TFCalc膜系设计软件对膜系进行设计与优化,使用热蒸发和离子源轰击结合的方式沉积膜层,采用分光光度计和傅里叶红外光谱仪测量光谱特性。通过设计粘结层与保护层,有效提高了膜层与基底之间的结合力以及膜层的强度。该膜层可以实现多光谱ZnSe基底在电视（500~800 nm）、1064 nm激光和中波红外（3.7~4.8 μm）三个波段高效增透,且具有良好的环境适应性。     

增透膜的遗传算法设计

用遗传算法设计了多层光学膜.设计时只要事先确定最大层数,算法就可自动优化选择合适的层数,同样每层的镀膜材料及厚度也由算法自动优化选择.设计中采用了不同以往的评价函数.在LBO(LiB3O5)晶体上用两种评价函数设计了1064 nm,532 nm二倍频增透膜.前一种评价函数设计的增透膜在1064 nm和532 nm处的透射率分别达到99.98%和99.99%,后一种评价函数设计的增透膜在两处的透射率均达到100.00%.在K9玻璃上设计了可见光宽带增透膜,450~650 nm范围的宽带增透膜的透射率均超过99.91%,390~780 nm范围的宽带增透膜的透射率均超过99.30%.采用的评价函数对膜系结构的变化敏感时,用遗传算法设计才有效.     

锗薄膜在低温下的折射率研究

利用电子束蒸发方法在双面抛光的ZnSe基底上镀制单层Ge薄膜.在80 K~300 K温度范围内,采用PerkinElmer Frontier傅里叶变换红外光谱仪低温测试系统每20 K测量Ge单层在2~15 μm波长范围的透射率.采用全光谱反演拟合方法得到Ge单层在不同温度下的折射率.结果显示,Ge单层折射率均随波长增大而减小,且变化趋势基本相同.利用Cauchy色散公式对折射率波长色散关系进行拟合,得到Ge薄膜材料折射率温度/波长色散表达式为:n(λ,T)=3.29669+0.00015T+5.96834×10-6T2+0.41698λ2+0.17384λ4.最后,验证了Ge单层膜折射率温度/波长色散公式的准确性.     

锗薄膜在低温下的折射率研究（英文）

利用电子束蒸发方法在双面抛光的ZnSe基底上镀制单层Ge薄膜.在80 K~300 K温度范围内,采用PerkinElmer Frontier傅里叶变换红外光谱仪低温测试系统每20 K测量Ge单层在2~15μm波长范围的透射率.采用全光谱反演拟合方法得到Ge单层在不同温度下的折射率.结果显示,Ge单层折射率均随波长增大而减小,且变化趋势基本相同.利用Cauchy色散公式对折射率波长色散关系进行拟合,得到Ge薄膜材料折射率温度/波长色散表达式为:n(λ,T)=3.29669+0.00015T+5.96834×10~(-6)T~2+0.416 98/λ~2+0.173 84/λ~4.最后,验证了Ge单层膜折射率温度/波长色散公式的准确性.     

ZnSe基底7～14μm波段宽带增透膜

简要叙述了7～14μm波段红外增透膜的膜料选择以及硒化锌基底上高性能红外增透膜的设计和工艺研究。介绍了离子辅助沉积技术沉积该膜的的工艺过程。给出了用该方法制备的7～14μm波段宽带减反射膜的实测光谱曲线,其峰值透过率高达98%以上,在设计波段范围内平均透过率大于97%,膜层附着性能好,光机性能稳定。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。     

3.5～4.0μm低温光谱带通滤光片的设计与研制

新一代气象卫星对红外带通滤光片的光谱控制提出了很高的要求:滤光片在工作温度(92K)下的光谱曲线被严格限定在一个由内、外框组成的区域之内。分别采用Ge和SiO作为高低折射率膜层材料,设计了含有4个谐振腔的带通膜系来提升通带边缘的陡度;对带通膜系中反射膜层的光学厚度进行了优化调整,压缩了通带内的波纹;根据膜层材料的折射率-温度变化特性,设计出了低温条件下符合光谱要求的带通滤光片。采用真空蒸发和光学极值监控的方法,研制出了92K低温下符合内、外框限制要求的带通滤光片,其通带内的峰值透射率达到93.2%,平均透射率达到91%,波纹幅度控制在5.2%以内。     

界面粗糙度对真空紫外光学薄膜光谱性能影响研究

设计了193 nm窄角度和宽角度入射增透膜以及正入射高反膜,其中增透膜s和p偏振光透射率的最大偏差分别为0.17%和0.44%。结合标量散射理论和等效吸收层近似理论,多层膜间的粗糙界面等效为薄的吸收层,基于薄膜本征传输矩阵计算分析了不同界面粗糙度下的光谱性能。研究发现,薄膜光谱性能随着界面均方根粗糙度的增加而急剧退化,高反膜反射带宽也随之降低,达到4 nm时,宽角度入射增透膜和高反膜光谱性能在193 nm处分别退化2.04%和2.09%。界面粗糙度是影响高光谱性能真空紫外光学薄膜制备的重要因素。     

YbF3和ZnS薄膜的折射率和厚度的分光光度法测定

本文给出了一种简单而准确地确定光学薄膜折射率和厚度的方法。利用分光光度计分别测量光学薄膜样品以及基底透射率曲线,采用柯西（Cauchy）色散模型以及非线性单纯形优化法对透射率测量曲线进行拟合,从而确定薄膜的光学常数和厚度。采用电子束热蒸发和电阻热蒸发方法,分别在CaF2基底上镀制ZnS薄膜和在Al2O3基底上镀制YbF3薄膜,通过测量其在400nm-2600nm波段内的透射率曲线,计算出ZnS和YbF3薄膜材料的折射率色散曲线以及膜层厚度。     

反应磁控溅射制备SiOx渐变折射率红外梳状滤光片

梳状滤光片是一种特殊的非均匀光学薄膜器件,其膜层折射率渐变分布结构使它与常规均匀光学薄膜相比具有更好的光学和机械性能.利用反应磁控溅射工艺,改变沉积SiOx(0≤x≤2)膜氧化程度,获得折射率从2.74逐渐变化到1.58(λ=1550 nm)的SiOx渐变折射率薄膜材料.通过调制膜层折射率振幅和引入膜层-外部介质折射率匹配层,成功地设计并制备了具有较好光学性能的SiOx渐变折射率红外梳状滤光片光学薄膜器件.使用单一的硅溅射靶材,通过改变氧化程度获得可变折射率材料的方法,为特殊光学薄膜器件的制备提供了一种经济实用的工艺路线.     

InP/InGaAs PIN红外探测器增透膜的研究

简单介绍了单层增透膜的基本工作原理,并理论计算了增透膜为SiO2和Si3N4时InP/InGaAs PIN探测器的透射率.计算结果表明Si3N4的增透效果要优于SiO2,通过测试淀积有Si3N4增透膜的探测器的响应度,并和理论计算的透射率进行比较,研究了不同的淀积工艺对响应度的影响和探测器在不同应用时膜厚的设计方法.     

热蒸发紫外LaF3薄膜光学常数的表征

薄膜光学常数的精确测定对于设计和制备多层薄膜具有重要意义。在JGS1型熔融石英基底上,采用热蒸发沉积方法制备了不同厚度的LaF3单层薄膜样品,利用光度法来获取弱吸收薄膜和基底的光学常数,计算得到其在185～450nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。实验结果表明,当膜层厚度较薄时,LaF3薄膜折射率表现出不均匀性现象。随着薄膜厚度的增加,薄膜折射率不均匀性减小。在求解过程中选用不均匀模型后,拟合结果与实际测试光谱曲线吻合得很好,提高了薄膜光学常数的计算精度。     

基于透射光谱的类金刚石膜光学参数反演

本文采用透射光谱法测量Ge基底类金刚石薄膜（Diamond-like carbon,DLC）的光谱曲线。应用测量的光谱曲线,基于模拟退火算法,构建目标优化函数,通过光谱反演法得到薄膜的厚度、折射率、消光系数。该方法得到的Ge基底类金刚石膜的光学参数与椭偏仪测试结果比对,折射率误差小于1%,厚度误差小于2%。并且将薄膜的光学参数带入透过率理论计算模型,得到的Ge基底类金刚石薄膜透射光谱曲线和实际测试曲线的误差小于2%。该方法只需测量透射光谱曲线,通过计算就能得到薄膜光学参数,对光学薄膜设计和加工具有重要指导意义。     

a-C:H/KCl红外透射体的设计与工艺

报告将渐变折射率非晶碳氢膜(a-C:H)用作氯化钾红外激光透镜的保护、增透膜的设计;实验室制备工艺及样品的性能测试。     

硒化锌基底7. 8～10. 6μm波段增透膜

文中介绍了研制的7. 8～10. 6μm的长波红外增透膜,平均透射率大于98%。通过材料选择,合理的膜系设计,离子辅助技术和温度筛选等多种改进工艺,研制出可靠性和光谱特性皆优的ZnSe长波红外增透膜,达到了GJB2485295光学薄膜通用规范要求。