用超薄金属膜和不对称法布里－珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带高反膜的一种新方法用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光片组合设计法。给出了可见光区的窄带高反膜的膜系结构；定量地分析了膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性。实验证实了理论设计和分析。同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法     

双波段截止分色滤光片研究

为实现45°入射情况下K9基底上双波段截止分色的特性(截止带波长0.5~0.68μm、0.73~0.79μm,通带波长0.83~0.87μm),采用F-P型的带通滤光片膜系结构为初始结构,与常规设计理念相比有效减少了膜层的数量,薄膜的高折材料采用Ti O2,低折材料采用Si O2,以实现双波段截止的目的。膜层的设计层数为23层,总厚度为2.278μm,借助电子束蒸发物理气相沉积法实现了镀制,利用分光光度计对镀制样品的透过率进行评估。测试结果显示,截止区(0.5~0.68μm和0.73~0.79μm)平均截止深度分别达到了12.57%和20.39%,通带0.83~0.87μm波段内的平均透过率达到了91.35%,样品测试曲线与设计相比,"蓝移"将近10 nm。薄膜样品基本实现了设计目标,具有双波段截止、高通带透过率的特性。在环境测试中:薄膜表现出显著的稳定性,膜层间匹配度适宜。该双波段截止分色滤光片能够应用在一些极端的情况下。     

DWDM用薄膜窄带滤光片的容差特性模拟分析

讨论了用于DWDM系统的薄膜窄带滤光片在镀制过程中的监控方法及误差产生的机理,利用自行建立的计算机膜厚容差模拟程序,分析了多FabryPerot腔窄带滤光片的容差特性.发现多腔窄带滤光片各腔的误差灵敏度与腔的位置有关,且各腔间隔层组成材料不同,其对误差最敏感的膜层位置也不相同.     

3.2～3.8μm和4.9～5.4μm红外双色滤光片的研制

双色滤光片在其任意一个几何位置上,均能够有效透过两个精确控制的光谱通道,它可以提升光学探测装置对目标的识别能力。本文选用单晶Ge作为基片,Ge和ZnSe分别作为高低折射率膜层材料,研制了一种包含3.2～3.8μm(通道1)和4.9～5.4μm(通道2)两个通道的红外双色滤光片。在高真空中以热蒸发的方式镀制了滤光片的光学膜层,采用单波长的极值百分比光学监控(POEM)方法控制膜层的光学厚度。在100 K低温下,通道1的平均透射率为94.2%,顶部波纹幅度为5.7%;通道2的平均透射率为96.5%,顶部波纹幅度为0.6%。在两个通道之间(4.0～4.7μm)的截止区域内,平均透射率小于0.16%。该红外双色滤光片具有良好的光学稳定性,有利于高速运动目标的识别。     

Q开关Nd:YAG脉冲激光对红外滤光片的损伤效应

 介绍了由滤光片膜层结构决定的激光在光学薄膜中形成温度场及驻波场特性。用1.06μm调Q Nd:YAG激光器，在激光脉冲宽度10ns和光斑直径0.61μm的条件下，进行了激光辐照红外滤光片的损伤特性实验研究。根据脉冲激光辐照红外滤光片后样品损伤分析，发现滤光片的最初损伤发生在里面的膜层中，从而在实验上验证了计算得到的滤光片膜层中存在其温度场及驻波场的结果。它对提高红外滤光片的抗激光辐照能力研究具有一定的参考价值。     

硅薄膜的短波红外光学特性和1.30μm带通滤光片

在短波红外区域(1～3μm),硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性,以此为基础,选用硅和二氧化硅两种材料,设计并制备出中心波长在1.30μm,相对带宽2.46%的带通滤光片。利用了硅薄膜在波长小于1.0μm波段的吸收特性较好地扩展了带外截止范围。测量结果表明,具有2个谐振腔的带通滤光片峰值透射率达到85.8%,半功率带宽控制在约32nm,带外截止范围覆盖了波长小于1.75μm的光谱区域。     

用超薄金属膜和不对称法布里—珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带反膜的一种新方法－用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光组合设计法，给出了可光光区窄带高反膜的膜系结构，定量地分析了膜系的反射率，反射峰值，反射半波带宽光谱反射特性，实验证实了理论设计和分析，同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法。     

近红外激光薄膜滤光片的研制

以双抛Si片为基底,采用离子束辅助热蒸发沉积技术研制了1.2～3μm波段激光薄膜滤光片.采用长波通滤光片与减反射膜相结合的薄膜样品设计方法,高、低折射率材料分别选用ZnS和MgF2,综合考虑光谱特性和电场强度分布,使用TFCale膜系软件设计出1.064μm高反、1.2～3μm波段增透的长波通滤光片.长波通膜系膜系结构为G|4H2L1.5H2L2H1.5L2H4L|A,减反射膜膜系结构为G|3.5H3.5L|A.最终实现1.2～3μm波段峰值透过率达98.48%,平均透过率为92.35%,1.064μm处透过率为5.09%的光谱特性.对薄膜样品分别采用离子束处理和退火处理,发现适当的工艺参数,有助于提高薄膜激光损伤阈值,当退火温度为250℃时,其激光损伤阈值可达6.3J/cm~2.本文研究可为近红外薄膜滤光片设计和制备提供参考.     

等离子体辅助制备窄带滤光片

研究了采用等离子辅助技术制备窄带滤光片的工艺。介绍了等离子辅助蒸镀系统的基本工作原理,描述了优化膜厚均匀性的过程。在有色玻璃上制备了由多层TiO2和SiO2薄膜组成的窄带滤光片,测试并分析了窄带滤光片的性能。试验结果表明,采用等离子体辅助蒸镀技术能够批量制备具有优良光学性能的窄带滤光片。     

碲化铅/硫化锌红外多层滤光片的光谱漂移研究

采用碲化铅和硫化锌作为镀膜材料,研制了空间红外光学系统使用的红外多层带通滤光片。本文首次利用导纳轨迹图解技术,当在空间低温条件下使用时,对由碲化铅的折射率变化引起的光谱漂移机理进行了研究。根据多层膜各膜层间存在的光学厚度的补偿效应,建立了光谱漂移模型。并对设计的滤光片采用对分法计算了它在低温条件下波长的漂移量,计算结果与研制出的滤光片实测结果吻合很好。并成功地将研究结果应用于滤光片的设计,对原设计结果进行了准确的修正,使得最终研制的滤光片在低温下完全满足使用要求。     

探测用宽截止红外双通道帯通滤光片的设计及误差分析

为满足探测1,2丙二醇二硝酸脂有毒气体浓度的红外探测元件抑制带截止深度深、通带内平均透射比高、波纹系数小等要求,采用等效折射率理论与局部优化相结合的设计方法,选用PbTe/ZnSe作为高低折射材料,采用长波通膜系、短波通膜系以及双半波膜系设计了截止深度深、双通道、通带宽度合适的红外滤光片,通带分别为5.9～6.2μm及11.9～12.2μm,通带内平均透射比分别在90%及65%以上;对所设计的膜系进行了薄膜物理厚度和膜层折射率的误差分析。分析表明,薄膜制备时沉积速率精度应控制在3.5%以内,材料折射率的变化应控制在3%以内,与膜层折射率相比,薄膜物理厚度对平均透射比的影响小,并且双半波膜系对厚度以及折射率变化更敏感。     

微结构窄带滤光片设计及制备工艺研究

为了提升微结构窄带滤光片的光谱透过率,增大微结构单元的制备精度,提出一种新的膜系镀制方法和微结构单元的制备方法。基于法布里-珀罗(F-P)多光束干涉仪原理设计了3种不同中心波长的窄带滤光片,采用光化学掩模分离法和PECVD技术相结合,制备出3种中心波长分别为480 nm、520 nm和590 nm,峰值透过率均大于80%,半宽度30 nm~50 nm,微结构单元的通道面积为50 μm×50 μm的窄带滤光片。光谱透过率得到了提升的同时微结构单元边缘整齐、分界线清晰,精度也得到了有效地增加,达到μm量级。     

光锥角对窄带滤光片透射率的影响及补偿方法

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中,但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响,设计了非规整型全介质膜窄带滤光片,分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化,建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型,定量求解了等效透射率及中心波长漂移量,并对理论模型进行了实验验证。结果表明,锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移;在镀膜工艺相对稳定的基础上,理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以,可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化,并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜,进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择,这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。     

含n＝k超薄金属膜的周期对称膜系的性质及窄带高反膜设计

本文阐述了n≈k的超薄金属膜与介质膜组成周期对称膜系的光学特性,并结合Ag、Al等膜层的高反特性提出了可见光区诱导窄带高反膜系结构,推导出膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性的近似公式,实验证实了理论设计和分析.同时也提出了设计红外和紫外窄带高反滤光片的方法.     

高性能可调谐滤波片的优化设计方法

根据薄膜窄带滤光片在倾斜入射时的特性,通过改进间隔层膜系结构来调整其等效折射率,可以设计出具有稳定透射峰值和带宽的角度调谐窄带滤光片。根据与密集波分复用(DWDM)系统相关的通道频率、插损、带宽、隔离度、偏振相关损耗(PDL)等八个标准,结合薄膜矩阵理论与新构造的评价函数,构建了一个可调谐滤光片膜系,通过改变各参数的权重因子,得到满足不同要求的最优膜系。利用构建的系统,优化设计了分别用于O波段和C波段100 GHz密集波分复用系统的具有高隔离度、低偏振相关损耗的角度调谐窄带滤光片。C波段膜系的最大调谐角度达11°,相邻通道隔离度可达-30.3 dB,最后对其透射特性以及影响调谐角度极限的因素进行了分析。     

诱透射宽带通滤光片研究

本文介绍了在0.4～1.1μm区的新型诱透射宽带通滤光片.文中指出了它的优点和用途,并且研究了诱透射宽带通滤光片和0.4～0.7μm与0.7～1.1μ可变诱透射宽带通滤光片膜系设计方法,总结了匹配层和金属层的线性变化规律;计算了0.4～11μm区的匹配系数和金属层物理厚度;最后给出了典型设计的主要参数分析,实验结果及其应用实例.     

角度调谐滤光片特性分析及膜系设计

对窄带滤光片的倾斜入射特性作了分析.斜入射时其透射通带和峰值会向短波方向移动,透射曲线的稳定性跟滤光片的间隔层结构相关,多腔间使用相同的间隔层可以保证斜入射时有稳定的峰值透射率和带宽,利用该特点可以制备角度调谐窄带滤光片.透射光S和P偏振分量的中心波长随入射角度的增大出现分离现象,产生较大的偏振相关损耗.通过搭配不同厚度的高低折射率材料作为间隔层,改变其有效折射率,使其两个偏振分量的中心波长实现重合.设计了符合密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)系统要求的低偏振相关损耗四腔窄带角度调谐滤光片膜系,其可调谐范围达20 nm以上,并评估了所设计角度调谐滤光片的调谐性能.     

基于遗传算法的斜入射窄带滤光片膜系优化设计

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性,提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序,设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象,降低器件的偏振相关损耗,通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比,遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.     

绿光波段60pm超窄带滤光片的研制

波长为532 nm的绿色激光在大气层中有较强的穿透能力,可用于自由空间光通信和激光三维测绘,为了抑制背景光的干扰,需要半功率带宽小于100 pm的光谱滤波器.因此,设计并研制了基于光学干涉薄膜的超窄带滤光片.将五氧化二钽(Ta2O5)和二氧化硅(SiO2)分别作为高低折射率膜层材料,将熔石英作为基片,采用双离子束溅射沉...     

远红外窄带滤光片厚度的鲁棒性分析

鉴于在制备过程中存在介质层厚度的随机扰动,计算了远红外窄带滤光片厚度的鲁棒性。结果表明:当随机度小于0.05时,窄带滤光片全向带隙和带隙率变化不大,但缺陷层的透射率只有原来的1/3左右;当随机度大于0.1时,随着厚度的随机扰动逐渐增大,窄带滤光片的全向带隙和带隙率都逐渐减小;当随机度达到0.2时,窄带滤光片的第一个全向带隙消失,第二个全向带隙向短波方向偏移明显,缺陷层的透射率也只有原来的1/3左右;当随机度达到0.5时,窄带滤光片的两个全向带隙全部消失。制备了一种远红外窄带滤光片,其结果较好地验证了厚度的随机扰动对滤光片的影响。