云母晶体双折射率色散特性的研究

针对云母晶体材料本身性质所决定的双折射率色散关系不一致性,给波片设计带来非常不利的影响,提出偏光干涉法研究云母的色散特性.即由分光光度计测量出云母晶体的偏光干涉谱,通过对干涉谱极值点所对应波长的精确判断,准确计算出极值点的最大双折射率,获得从紫外至近红外光波段云母晶体的双折射率色散曲线,经多项式拟合数据处理,得到任意波长的双折射率色散公式.为求解不同温度任意波长的云母晶体双折射率提供了一种精确简单的方法,对云母晶体器件的设计与使用有重要的理论依据和参考价值.     

石英晶体双折射率紫外至近红外波段色散特性实验的研究

介绍了偏光干涉测量石英晶体双折射率色散特性及其相关数据处理方法。利用偏光干涉光谱极值点的精确判断,完成极值点波长对应的材料的双折射率的测量,获得了紫外至近红外光波段石英晶体的最大双折射率与波长关系离散的数据曲线,经多项式拟合数据处理,进而得到任意波长的双折射率函数关系式。此方法对其它各向异性晶体材料的双折射率色散特性的研究同样适应。     

沿膜厚方向的簿膜非均匀折射率及其色散测量

以传统的光学监控法与石英晶体振荡法为基础,在薄膜沉积过程中,同时测量膜片的透过率及膜层的厚度,以及与它们对应的控制波长,并根据三者与折射率之间的关系,由计算机反解出不同膜厚处的折射率——非均匀折射率及不同厚度、不同波长处的薄膜折射率——非均匀色散。同时给出了硫化锌薄膜在水晶石薄膜的测量实例,并进行了分析与讨论。     

测量晶体最大双折射率温度系数的偏光干涉法

介绍了测量晶体的最大双折射率温度系数的偏光干涉法. 利用分光光度计测量出不同温度下晶体波片的偏光干涉谱. 通过对不同温度下谱线极值点所对应波长的精确判断,准确计算出相应的最大双折射率,并由曲线拟合得到最大双折射率温度系数的表达式. 测量的双折射率精度可达到10-5.     

有机材料在各种波长的折射率计算

使用Vogel方法和介质的色散关系,计算有机化合物在各波长的折射率n(λ).用Vogel方法把化合物分子分解成碎片,加和得到化合物在某几个波长的折射率.假设化合物在所计算的波长范围内为正常色散关系,使用Voyel方法得到的两个折射率,通过Cauchy公式得到色散曲线,从而得到各波长的折射率n(λ).通过对有机化合物芪盐和高分子材料聚苯乙烯的各波长折射率进行计算,并与材料在某一特定波长的实际折射率对比,证明了计算结果比较准确.并对双折射液晶材料的折射率计算进行了探索.     

TE0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE₀导波模式, 利用两束TE₀模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写. 分析了TE₀模式的色散关系, 刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系. 用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE₀导模的干涉场分布. 研究发现, 激发光源波长越短, TE₀ 模干涉刻写的亚波长光栅周期越小; 光刻胶越厚, 刻写的亚波长光栅周期越小; 高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写. 相较于表面等离子体干涉光刻, 基于TE₀ 模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.     

周期结构薄膜在折射率色散下反射区特性研究

周期性结构是光学薄膜设计的基本物理模型,给出了反射区中心波长的一般性条件,研究了在膜层材料存在折射率色散情况下,等厚周期结构和非等厚周期结构的薄膜反射区中心波长与带宽特性.研究结果表明:在等厚和非等厚周期结构中,考虑膜层材料折射率色散与忽略色散情况相比,中心波长向长波方向移动,反射级次与相对波数的线性关系偏离;在薄膜光学厚度一定的非等厚周期结构中,高折射率层光学厚度大于低折射率层时,反射级次与相对波数的线性关系偏离度高;非等厚周期结构薄膜的带宽在低反射级次上小于等厚周期结构,同时膜层的色散对反射带宽影响不大.     

SiO_2单层膜的反常色散研究

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因,并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明,理论分析与实验结果一致,沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致,表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大,等效折射率随波长增加的趋势就越大,薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.     

用等厚干涉测液体的折射率

在等厚干涉的实验中,加入了用劈尖干涉对比法测液体折射率的内容,在不改变劈尖膜的条件下,同时测得空气膜和液体膜的干涉条纹宽度,从而可方便地求出液体的折射率,也使得等厚干涉的实验内容更加丰富和充实．     

光电极值法结合外差干涉法监控膜厚的研究

光电极值法是光学薄膜厚度监测的常用方法,该方法在镀膜前引用块状材料的折射率设计膜系。而在实际镀制过程中,用于镀制光学薄膜的材料折射率会发生改变,从而给膜厚的监控带来误差。为了避免折射率变化的影响,采用外差干涉法测量折射率,将实际测得的薄膜折射率应用光电极值法监控薄膜的设计,从而减少了因材料折射率的变化引起的误差。以750nm截止滤光片的镀制为被测对象进行了实验,对制备的滤光片透射率光谱曲线进行了比较。结果表明,实际的透射率曲线与设计的透射率曲线吻合较好,两次实验曲线平均吻合度均在98%以上,系统稳定性很好,从而说明结合外差干涉法的光电极值监控法可以很好地克服折射率变化引起的误差。     

体积相位全息光栅的设计与制备

本文指出全息干版薄膜在曝光后处理过程中的收缩性和折射率变化对制备全息光栅的周期、倾斜度、布喇格入射角及衍射角的影响问题,并根据实验数据对光栅设计进行修正,再结合Kogelnik衍射方程及折射率调制度和曝光量的线性关系,在实验中基本上能准确设计出指定周期、倾斜度和衍射效率的全息光栅。     

基于等效层法分析对称性倍频分束镜的半波孔

半波孔问题严重影响了倍频分束镜在高功率激光系统中的应用。为研究半波孔的产生机理,分别模拟了由高、低折射率膜层厚度失配和膜料色散失配引起的1/4波长对称规整膜系的半波孔。基于等效层理论,在Matlab平台上计算膜系的等效折射率E,绘出其对应的反射率极值包络曲线。通过研究对称膜系的等效折射率、反射率光谱和反射率包络之间的关系,从原理上分析了半波孔的大小、位置和变化趋势等特点。结果表明,膜层的厚度失配使对称膜系的等效折射率在光谱半波处产生截止带。膜层数越多,膜层厚度和膜料色散的失配越严重,则倍频分束镜的半波孔越深。     

太赫兹波段微腔器件的设计及其特性研究

采用磁控溅射法制备了金属Cr膜, 并利用太赫兹时域光谱法获得了其光学参数. 利用Cr膜的光学参数计算了其相位穿透深度, 设计了基于低温GaAs 的全金属平面微腔光电导太赫兹辐射器件. 模拟结果表明: 器件的谐振频率分别为0.32, 0.65, 0.98, 1.31和1.65 THz, 与自由空间的光电导太赫兹谱相比, 在谐振频率为0.32 THz处的峰值强度提高了25倍, 光谱半高全宽压缩了50倍. 讨论了辐射偶极子与腔内驻波场之间的耦合强度对器件辐射强度的影响, 发现当辐射中心位于驻波场波腹处时, 器件辐射最强, 位于波节处时辐射被严重抑制. 太赫兹波段微腔效应的研究对于实现单色性好, 连续调谐, 高效高辐射强度的太赫兹源具有一定的理论意义.     

关于热生长SiO2薄膜厚度的测量

在半导体硅器件的研究工作中,需要准确地测量和控制SiO₂薄膜的厚度。由于干涉原理,SiO₂薄膜在白光照射下呈现颜色。但薄膜厚度与颜色相应的单色光的波长并不成简单的函数关系。本文叙述了用干涉显微镜测量热生长SiO₂薄膜厚度的方法。由测量结果得到SiO₂薄膜的折射率以及SiO₂和硅界面及空气和硅界面反射相移之差。并且测量了一组标准样品的薄膜厚度,列出了薄膜厚度与干涉颜色的对应关系。所得结果与从Rollet数据所推算的结果大致符合。样品厚度还包括了Rollet数据中所未包括的范围(3300—4200?)。     

基于液相AFM及干涉频谱法的多孔氧化铝薄膜在线测量系统研究

介绍了多孔氧化铝薄膜(PA)厚度在线测量系统的工作原理、系统结构及独特性能。在白光(宽光谱)照射下,薄膜的上表面和下表面反射的两路光线发生干涉,产生了携带薄膜光学厚度信息的反射光谱。同时,利用液相原子力显微镜(AFM)实时获得的PA膜的表面形貌信息,根据膜系统的Maxwell-Garnette有效介电常数理论,经相干势近似计算得到薄膜的有效折射率,进而得到此时PA膜的物理厚度。使用该系统对PA膜氧化制备过程进行了在线扫描和膜厚测量试验,成功的获得了PA样品的实时表面形貌图像,得到样品的孔隙率和有效折射率。并根据样品反射光谱,利用反射干涉频谱法计算得到氧化150和180 min时,PA膜厚分别为5.35和6.25 μm。本系统具有测量简便、实时性好、无损及测量精确的特点,在实时测量和监控膜厚的同时可获得样品的表面形貌、孔隙率、有效折射率等信息。     

Z-切Ti:LiNbO3平面波导模式数量的色散特性

对于在流动干氩气中扩散而形成的Z-切Ti:LiNbO₃平面波导,用Fouchet等人提出的钛感应折射率增量在0.6～1.6μm波长范围内的色散关系,推得与扩散参数有显函数关系的模式数量的色散公式。在若干重要波长,用这些色散公式,画出模式数量和扩散参数的关系曲线,可用来控制相应波导和器件的模式数量。     

Theory of magnetostatic waves in a ferrite film with transition layers

A dispersion relation is derived for magnetostatic waves in a ferrite film with inhomogeneous layers near the interfaces. It is shown that the transition layers can be taken into account using a single integrated parameter, namely, the effective film thickness. It is established that the layered structure of the film causes an extra wave damping. The relations obtained can be used to analyze the dispersion and damping of the main modes of magnetostatic waves.     

Reflection chromaticity of cholesteric liquid crystals with sandwiched periodical isotropic defect layers

We study one-dimensional photonic crystals made of cholesteric liquid crystals with sandwiched isotropic defect layers. Based on the Berreman Fast 4 × 4 matrix method, the dispersion relation of one-dimensional photonic crystals is calculated and the corresponding reflection chromaticity is obtained. It is found that the color shift could be controlled by adjusting the thickness and refractive index of the isotropic defect layers. Compared with conventional structures, the reflection chromaticity of this structure is insensitive to the incident angle, if the thickness ratio of the cholesteric liquid crystals to that of the isotropic defect layers and the refractive index of periodical isotropic defect layers are properly set. Furthermore, the common forbidden bands for both left and right circular polarizations can be obtained, and we also take the wavelength-dependent refractive indices into consideration and obtain the reflected light chromaticity with the incident angle increasing. The proposed device can be used as a reflective color filter in the display industry.