热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响分析

采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了SiO2薄膜,研究了热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响。热处理温度对表面粗糙度影响较大,低温热处理可降低表面粗糙度,高温热处理则增大表面粗糙度,选择合适的热处理温度,可以使表面粗糙度几乎不变。采用X射线衍射仪（XRD）物相分析方法,分析了热处理对离子束溅射SiO2薄膜的无定形结构特性的影响,当退火温度为550 ℃,离子束溅射SiO2薄膜的短程有序范围最大、最近邻原子平均距离最小,与熔融石英基底很接近,结构稳定。实验结果表明,采用合适的热处理温度,能大大改善离子束溅射SiO2薄膜的结构特性。     

大功率半导体激光器腔面膜的场强分布优化

为了提高半导体激光器腔面膜的激光损伤阈值,进而提高激光器输出功率,对激光器的灾变性光学镜面损伤产生的原因进行了探讨。根据损伤原理,将高反膜中场强最大处移出界面,采用光学传输矩阵,对厚度连续变化的界面场强和反射率进行了计算,得到优化高反膜系,优化膜系减小了界面处的光场对薄膜的损伤。采用改进后束流密度更大的LaB6作为阴极原位等离子源,对离子源清洗的参数进行了优化。薄膜制备前期使用离子清洗的方法在真空环境下对腔面进行去氧化,在制备过程中使用电子束蒸发离子源辅助沉积,并测试了薄膜在高温高湿环境下的稳定性。使用该优化的膜系和清洗方法制备的半导体激光器,在准连续输出时,功率由4.6 W提升到了7.02W,工作电流由5A提升到了8A。     

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。     

非理想参数下193nm光学薄膜的设计

193nm光学薄膜是100nm步进扫描光刻机系统中主要用到的光学薄膜。分析了膜料光学常数的不确定性、高折射率膜材料消光系数、水吸收以及膜层表面粗糙度对薄膜光学性能的影响。结果表明，要镀制出反射率大于98．5％的高反膜．必须将高折射率材料的消光系数k控制在0．0034以内，同时膜层表面的粗糙度σ控制在1nm以内。膜层性能同时还受其使用环境中水气含量及其水气中杂质含量的影响，要减少膜层水吸收的影响．就必须提高薄膜的致密度．采用离子成膜技术．或者改变膜层的使用环境。在考虑相关因素的前提下，设计了在光刻机曝光系统中主要用到的增透膜、高反膜．并分析了其实际性能与设计结果存在差别的原因。     

通用膜系计算程序设计

本文介绍一种既考虑吸收又顾及色散的通用膜系计算程序,无论是增透膜、高反膜、分光膜,还是滤光片等,均适用;其功能齐全,使用方便,能动态模拟镀制过程中的光谱特性,同时可分别输出反射率、透过率、p光和s光的透、反率,相移等参数。并能直观地绘出相应的特性曲线,其尺度可随意变换,以满足科研生产的不同需要。文中评述了程序设计框图,并列出以具体膜系为例,采用FORTRAN V语言编制的程序,由计算机绘制的特性曲线。     

LD泵浦不同腔结构高效运转掺铥光纤激光器

研究了掺铥光纤激光器的不同谐振腔结构方式。使用LD泵浦,分别采用双色镜和端面反射、高反光纤光栅和端面反射以及双色镜和低反光纤光栅构成激光器谐振腔,均获得了超过Stokes极限的斜效率。其中双色镜和端面反射腔结构下获得了最高斜效率56.9%,对应的量子效率为142%。三种腔结构下,激光光谱线宽由激光器系统所采用的反射腔的光谱特性所决定。在双色镜和端面反射腔结构下,激光器在双色镜的高反带宽内随机起振,光谱较宽;在使用光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的高反射腔镜和低反射腔镜的情况下,激光器都获得了2 m处的窄线宽输出,线宽受限于所使用的光纤光栅的反射带宽。     

腔面低反射大功率半导体激光器阵列

光束质量问题是制约半导体激光器应用的主要因素,采用出光面蒸镀低反膜LD阵列半导体激光器阵列锁相技术较好地解决了这个问题.本文设计并制作了高反膜系和极低反膜系,获得了高阈值的LD阵列.本文的低反膜系有大的带宽和小于0.2%的剩余反射率,易于工艺实现,LD阵列的阈值电流密度达到480A/cm2.     

一种制作掺Yb相移光纤光栅激光器的实验方案

采用遮挡法引入相移制作了掺Yb相移光纤光栅(PS-FBG)。在制作光栅的过程中,将其作为激光器的谐振腔,通过监测激光器的输出功率来确定相移大小。当激光器的输出功率开始下降时,停止曝光,此时引入的相移为π/2。为了使光栅的特性尽快稳定下来需要对光栅进行退火,这将导致引入的相移小于π/2。为了弥补退火过程中引起的相移降低,需要对退火后的光栅进行二次曝光,以使光栅的相移恢复π/2。利用该方法制作了一只光纤光栅激光器。当抽运功率为100 mW时,获得了25 mW的输出功率,信噪比(SNR)为60 dB。在1 h内,输出功率波动小于1%。当光栅的温度在25~30℃之间变化时,激光器单纵模运转。     

疏水性SiO_2基减反膜稳定性研究

在SiO2溶胶合成阶段进行化学改性,将六甲基二硅氮烷(HMDS)引入SiO2溶胶,制得稳定的胶体,胶体中SiO2纳米颗粒表面的亲水性Si-OH基团被疏水性的Si-O-Si(CH3)3基团取代。采用旋转法在磷酸二氢钾(KDP)晶体表面涂膜,涂膜晶体峰值透射率99%以上。膜层光学均匀性良好,表面粗糙度均方根值为0.94 nm。膜层疏水性能好,水接触角达到140°。涂制疏水性SiO2基减反膜的KDP晶体无需热处理就具有较好的疏水防潮性能,与目前激光器使用的防潮减反双层膜相比,在室温高湿度条件下涂膜晶体透射率下降情况大致相当。旋转涂膜可以有效解决三倍频晶体入光面与出光面共3个波段需减反的问题。     

不同夹持方式下不同高反膜系腔镜的热形变分析

在研究高功率激光辐照下激光器腔镜表面热形变分布时通常会忽略其表面镀有的高反射膜系。利用有限元分析软件ANSYS比较了特定激光辐照(吸收功率250W,外环半径4 cm、内环半径2 cm的同轴环形光束,30s)下的高反腔镜在不同夹持方式下的热形变分布,同时考虑了腔镜表面镀有的两种不同高反膜系及膜系中的驻波场的影响,并与通常忽略膜系的情况进行了对比分析。研究表明,采用压圈法时,三种情况下热形变分布的差异相对较小;采用压板法时,三者形变分布产生了明显的差异,镜面中心可能上凸、下凹或者平缓;采用三点法时,尽管镜面中心热形变分布较为平缓,但在环状光束辐照区域内三者仍有明显差异。因此,膜系内驻波场对腔镜热形变分布的影响不能轻易忽略。     

纳米光波导光滑技术研究进展

随着半导体工业的发展,集成光电器件的特征尺寸越来越小,纳米光波导表面光滑技术将面临新的挑战。降低纳米光波导表面粗糙度,制造超低损耗纳米光波导,实现其高效片间光互连与片内光耦合,是集成光电子器件,特别是高灵敏微陀螺、生化传感器、光通讯等器件发展的关键。主要分析了光波导表面粗糙度与传播损耗的关系,着重阐述纳米光波导表面光滑工艺方法,包括热氧化法、氢退火法及激光束法的研究现状及最新进展,总结了各类工艺的技术难点与发展前景,并展望其在微机电、光集成方面应用前景。     

高功率CO激光器窗口膜系优化设计

利用膜系设计软件TFCalc35,综合考虑膜系光学性能、驻波场、温度场、热应力场分布,通过调整膜系各层的厚度来调整膜系中电场峰值的位置,设计出了以ZnSe为基底,ZnSe与YF3作为高,低折射率膜料,具有较强激光破坏阈值的高功率CO激光器窗口膜系,窗口的一面反射率达95%,另一面则尽量增透,透过率达99.9%以上.     

Microstructure and electrical properties of high power laser thermal annealing on inkjet-printed Ag films

In this work, a high power continuous-wave (CW) Nd:YAG laser was used for thermal treatment of inkjet-printed Ag films - resulting in the elimination of organic additives (dispersant, binder, and organic solvent) in the Ag ink and annealing of Ag nano-particles. By optimizing laser parameters such as laser power and defocusing value, the laser energy can be totally converted into heat energy, which is used for thermal treatment of inkjet-printed Ag films. This results in the microstructure and the resistivity of the films to be controlled. We investigated the thermal diffusion mechanisms during laser annealing and the resulting microstructures. The impact of high power laser annealing on microstructures and electrical characteristics of inkjet-printed Ag films was compared to those of the films annealed by a conventional furnace annealing. Focused ion beam (FIB) channeling images show that the laser annealed Ag films have large columnar grains and a dense void-free structure, while furnace annealed films have much smaller grains and exhibit void formation. As a result, the laser annealed films have better electrical properties (low resistivity) compared to furnace annealed samples.     

Thermal annealing effect on organic semiconducting polymer laser with an external holographic grating feedback layer

Thermal annealing effect on an organic distributed feedback (DFB) laser excited from a semiconducting polymer gain layer, poly(2-methoxy-5-(2’-ethyl-hexyloxy)-p-phenyl-envinylene) (MEH-PPV), is reported. The morphology, absorption and photoluminescence (PL) spectral characteristics of the MEH-PPV film annealed at different temperatures were analyzed. The amplified spontaneous emission (ASE), the optical gain and loss coefficients were also investigated. The organic lasing behaviors including threshold, energy conversion efficiency and polarization state in a DFB laser device were studied. The results show that the optical properties of the organic semiconducting laser can be enhanced by thermal annealing effect. The single mode laser emission at 622.4 nm with lower lasing threshold 0.2 μJ/pulse and higher energy conversion efficiency 6.71% was achieved with thermal annealing at 120 °C. The thermal annealing treatment decreases laser threshold and increases laser energy conversion efficiency dramatically, which shows the potential in ultra-low cost organic semiconducting polymer DFB lasers.     

谐振腔衰荡法检测激光高反射薄膜损耗

光学薄膜的损耗类型主要涉及吸收和散射,精确测定其数值是制备具有高品质和灵敏度指标激光薄膜的前提。本文以薄膜光学和激光技术为背景,介绍了谐振腔衰荡检测高反射薄膜的原理、特性以及测试方法。以1064 nm和1311 nm的高反射膜层为例,利用Losspro激光测试装置,对于二氧化锆(ZrO2)、五氧化二钽(Ta2O5)材料获得百万分(ppm)量级精度的损耗数据后,针对不同薄膜材料和工艺方法进行了对比检测,分析认为速率控制和离子束能量对于相同材料的激光高反射薄膜具有明显的影响,进而为薄膜样品的制备奠定了技术基础。     

Thermal and Mechanical Analysis of Cross-Linked Optical Fiber Coatings

A convenient route to enhancing the thermal degradation on-set temperature of existing commercial optical fiber coatings is presented. UV curable acrylate coatings were modified through the addition of a multi-functional cross-linking agent and are shown to increase their degradation temperature by 65$^{circ}$C without any degradation in the mechanical or optical properties of the resultant fiber. Such enhanced thermal robustness in coatings is important for optical fiber applications in high energy laser (HEL) systems and selected higher temperature sensing environments.      

大模场抗弯曲全固态光纤的结构设计

提出了一种具有对称结构的大模场面积和低弯曲损耗的新型结构光纤,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤特性。该光纤由纤芯中的梯形折射率环和包层中的多层下陷层组成,仿真结果显示该光纤具有低弯曲损耗大模场单模传输的特性。对比分析了梯形谐振环、矩形谐振环、三角形谐振环结构光纤的弯曲损耗以及电场模式分布,实验结果显示梯形折射率环更具优越性。多层下陷层结构将模场限制在纤芯中,下陷层的数量大于2时模场面积基本上保持不变。研究结果表明,在波长为1 550 nm、弯曲半径为20 cm时,基模(FM)弯曲损耗只有0.056 868 dB/m,而高阶模(HOMs)损耗为3.58 dB/m,有效模场面积可达2 313.67μm²。该光纤对弯曲方向不敏感,在高功率光纤激光器放大器等光通信器件领域具有广阔的发展前景。     

光热失调技术的实验研究

光热失调技术是利用光学薄膜反射或透射光谱的温度效应研究薄膜吸收的一种新方法,是光热技术的一种.以BK7玻璃为衬底的高反射膜为样品,以连续激光为加热光源,实验研究了该方法反射和透射探测方式,以及加热光束入射角度对光热信号的影响,得出反射和透射光热信号相位相反,加热光束入射角对光热信号的影响较小,进一步验证了光热失调技术测...     

布里渊光子晶体光纤环形移频器

通过实验研究了一种光子晶体光纤环形移频器,该移频器基于布里渊频移原理,利用光子晶体光纤布里渊增益高、阈值低的特点,同时利用光纤环形腔选频放大技术获得窄线宽高增益激光输出。实验结果表明:在波长为1 548 nm单纵模光纤激光泵浦下,10 m长光子晶体光纤的受激布里渊散射阈值功率约为457mW,环形腔输出的受激布里渊散射Stokes光相对于入射光移频量为9.778GHz、线宽500 kHz,并且移频量可以通过温度进行微调。该移频器可以用于分布式光纤布里渊传感器和微波发生器。