光控-晶控相结合的膜厚监控法对滤光片膜厚的研究

针对光电极值法和石英晶振法各自的弊端,结合两种方法提出了光控-晶控膜厚监控法.在相同工艺条件下,分别使用这三种方法监控905nm窄带滤光片(规整膜系)和830nm截止滤光片(非规整膜系)的膜厚,对制备的滤光片的透射率光谱曲线进行比较.结果表明,光控-晶控膜厚监控法除了各项指标都符合要求外,在曲线通带处获得的平均透过率值比光电极值法和石英晶振法获得的平均透过率值提高了3%~6%,且与理论光谱基本吻合,光谱特性最好.该方法不仅对规整和非规整膜系都能进行监控,且能有效降低膜厚误差,提高光谱特性.     

短波通滤光片膜系设计

详细介绍用等效折射率概念设计短波通滤光片的原理和计算方法。根据原理和方法，选择二氧化钛（TiO2）作为高折射率材料、二氧化硅（SiO2）作为低折射率材料。首先从理论上计算出用这2种材料设计的波长λ=950～1150nm的短波通滤光片所需要的周期数，然后给出短波通滤光片的主膜系和光谱曲线。由于据此周期数设计出的膜系光谱曲线在750～810nm处的透过率不符合要求，因此对该膜系进行了改进。依照改进的设计进行多次制备，最终制备出了符合要求的短波通滤光片，找到了最佳制备工艺和方法。最后，对制备出来的短波通滤光片薄膜进行了各种环境实验。实验结果表明，膜层的各项指标符合设计要求。     

基于金属——介质薄膜的反射型彩色滤光片

基于诱导反射原理设计了一种可见光波段金属-介质薄膜结构的反射型彩色滤光片.高吸收铬和高反射铝的应用使它既能获得高反射率又有很高的宽波段截止度,通过改变介质匹配层的厚度实现适当的导纳匹配,得到了反射率大于72％、较高色饱和度的红绿蓝三色滤光片.实验制作了样品,测试结果与设计相吻合.基于半色调技术,采用光刻和剥离工艺制备了...     

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。     

中心波长121.6nm的真空紫外窄带滤光片设计和制备

采用双半波法布里-珀罗(F-P)干涉滤光片结构设计了中心波长在121.6 am的窄带滤光片,其峰值透射率为6.78%,通带半宽度为10.7 nm.通过设计、制备和测量峰值波长在217 nm的滤光片验证了设计用到的光学常数和膜厚定标都比较精确.在此基础上制备了121.6 nm的窄带滤光片,到合肥同步辐射实验室测量的结果是中心波长在120.74 nm,峰值透射率为5.94%,通带半宽度为12 nm.可以看出实际制备的滤光片和预先设计的基本吻合但还是有一定的偏差,最后对实际测量的和理论设计的偏差进行了分析.     

中红外带通滤光片的设计与制备

中红外带通滤光片在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用,峰值透过率和通带半宽度是带通滤光片的重要指标,主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。论述了一种在锗基底上采用锗和硫化锌两种材料设计并成功制备出中红外带通滤光片的方法。详细介绍了镀膜材料的选择以及这种方法的设计理论,给出了膜系结构,运用离子辅助沉积工艺在ZZSX-1100镀膜机上制备出了这种滤光片,测试结果表明:所制备的滤光片峰值透过率达到87%以上,通带半宽度为70 nm,光谱性能稳定,膜层致密,附着力好,膜系结构简单,易于实现。     

红外线治疗仪中宽波段带通滤光片的研究

研究了一种用于红外线治疗仪的新型滤光片.该滤光片通过对红外线治疗仪光源所发出的光进行选择性滤波,能够降低部分波段光的承载能量,提高治疗仪的安全使用性能.针对红外线治疗仪对滤光片的使用要求,选择Ti3O5和SiO2作为高低折射率材料,采用电子束加热蒸发方式,配合离子辅助淀积技术,利用石英晶控控制法对膜层厚度进行监控,通过反复优化各项工艺参量,制备出在600~1 200nm波段平均透过率高于92%,300~550nm、1 270~2 000nm波段平均透过率低于2%的宽波段带通滤光片.研究中运用"拆分技术要求"的设计思想,对颜色片进行双面镀制,解决了单面膜层过厚难以制备的问题,降低了制备难度,易于批量生产.测试结果表明,该滤光片满足使用要求.     

激光荧光肺癌诊断图象处理系统滤光片的研制

本文论述用于激光荧光肺癌诊断图象处理系统滤光片的膜系设计,制备这套滤光片所采取的工艺措施,最后给出研制的结果。     

具有大面积均匀性、高质量的大尺寸中阶梯光栅铝膜的研究

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率,而制备大面积均匀性的高质量铝膜是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素.本文首次详细报道了具有大面积均匀性、高质量的大尺寸中阶梯光栅铝膜的制备工艺.首先通过理论计算模拟了蒸镀过程中蒸发源的位置、发射特性以及夹具高度对铝膜均匀性的影响,然后研究了关键的蒸发工艺参数,例如蒸发速率、蒸发高度等对铝膜均匀性和铝膜质量的影响,最后在最佳化的蒸发工艺条件下,成功制备出满足大尺寸中阶梯光栅用的在直径700 mm范围内的均匀性小于1%、厚度大于10μm的高质量铝膜.     

30．4nmCr／AI／Cr自支撑滤光片的研制

依据材料的质量吸收系数和波长的关系,选择Cr和Al设计和制备30．4nm自支撑滤光片。在制备时以NaCl为脱膜剂,以热蒸发方式蒸镀Al,以电子束蒸发方式蒸镀Cr,制备了30．4nm的Cr／Al／Cr自支撑滤光膜,并对滤光片的表面缺陷进行了分析。通过显微镜观察,滤光膜均匀纯净,无明显针孔。Cr／Al／Cr自支撑滤光片在合肥国家同步辐射实验室进行了测量,Cr／Al／Or厚度为5nm／500nm／5nm和12．5nm／500nm／12．5nm的滤光片在30．4nm波长处的透过率分别为7．6％和4．6％,透过率曲线和理论计算基本一致。用紫外分光光度计测量得滤光片在200-800nm波长范围的透过率小于0．02％,满足使用要求。     

屏蔽电磁波和红外的激光滤光片研制

为了研制具有高效电磁屏蔽功能的反红外、透1064nm激光的滤光片,基于金属薄膜诱导理论和多层薄膜的干涉原理,设计了诱导滤光膜的膜系结构,并讨论了金属Ag薄膜厚度误差对滤光片光谱性能的影响。采用离子束辅助沉积的方式制备膜系中的介质薄膜,采用离子束溅射方式制备了金属Ag薄膜;利用放大膜厚控制误差的方法,精确地监控薄层金属Ag膜的沉积厚度,同时避免了Ag膜被氧化。通过工艺实验,制备的滤光片在1064nm激光波长的透射率达到88%以上、中长波红外波段反射率达90%以上,对18～36GHz电磁波屏蔽效能达到23dB以上,具有良好的中长波红外及电磁波屏蔽功能。     

真空紫外波段铝反射膜制备

为制备出在130～210nm波段具有良好光谱性能的铝反射膜,优化设计了铝反射镜中铝层和保护层氟化镁的厚度,理论确定铝层和氟化镁保护层最佳厚度分别为80nm和33nm。采用热舟蒸发工艺,在BK7基片上制备了Al反射膜样品,获得了130～210nm波长范围内反射率均大于80%的金属铝膜。研究了铝层沉积速率和紫外辐照处理对薄膜性能的影响,并考察了铝膜光谱性能的时效性。结果表明铝层沉积速率越快,制备的铝膜反射率越高;合理地存放铝膜元件,可以长时间内保持铝膜的光谱性能。适当的紫外辐照处理能进一步提高铝膜在真空紫外波段的反射率。     

30.4 nm Cr/Al/Cr自支撑滤光片的研制

 依据材料的质量吸收系数和波长的关系,选择Cr和Al 设计和制备30.4 nm自支撑滤光片。在制备时以NaCl为脱膜剂,以热蒸发方式蒸镀Al,以电子束蒸发方式蒸镀Cr, 制备了30.4 nm的Cr/Al/Cr自支撑滤光膜,并对滤光片的表面缺陷进行了分析。通过显微镜观察,滤光膜均匀纯净,无明显针孔。Cr/Al/Cr自支撑滤光片在合肥国家同步辐射实验室进行了测量, Cr/Al/Cr厚度为5 nm/500 nm/5 nm和12.5 nm/500 nm/12.5 nm的滤光片在30.4 nm波长处的透过率分别为7.6%和4.6%,透过率曲线和理论计算基本一致。用紫外分光光度计测量得滤光片在200～800 nm波长范围的透过率小于0.02%,满足使用要求。     

基底温度对中阶梯光栅厚铝膜质量的影响

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率。中阶梯光栅通常是利用刻划机在厚铝膜上刻划而成,所以制备大面积均匀性的高质量铝膜刻划基底是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素。在较厚铝膜的制备工艺中,基底温度是至关重要的工艺参数。本文通过电子束热蒸发镀铝工艺在不同基底温度下制备了厚铝膜样品,并利用原子力显微镜、扫描电镜等手段从宏观和微观尺度详细分析了基底温度对铝膜质量的影响。铝膜平均晶粒尺寸从100℃时的264.34 nm增大到200℃时的384.97 nm和300℃时的596.35 nm,表面粗糙度Rq从100℃时的34.7 nm增长到200℃时的58.9 nm和300℃时的95.1 nm。结果表明,随着基底温度的升高表面粗糙度迅速增大,铝膜的表面质量严重退化。     

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.     

组合刻蚀法制备窄带滤光片列阵

介绍了组合刻蚀法制备窄带滤光片列阵的基本原理和制备工艺,这是一种效率非常高的制备方法,只需N次刻蚀就可以完成2N通道窄带滤光片列阵的制备,而且可以用于制备不同波段窄带滤光片列阵。展示了可见-近红外波段32通道窄带滤光片列阵和中红外波段16通道窄带滤光片列阵的实验结果,其中32通道窄带滤光片列阵的带通峰位基本呈线性分布在774.7~814.2 nm之间,所有滤光片的半峰全宽都非常窄(δλ<1.5 nm),相应于δλ/λ<0.2%,半峰全宽最窄的滤光片达到0.8 nm,相应于δλ/λ<0.1%,其带通峰位λ=794.3 nm;各通道的带通透过率在21.2%~32.4%之间,大部分在30%左右。     

用ZnS做诱导金属滤光片的间隔层

从制备工艺稳定性出发,设计的诱导金属滤光片的膜系结构与以往设计的膜系结构有所不同,即将n_L低折射率冰晶石间隔层改用n_H高折射率ZnS做间隔层。如果金属与间隔层结合良好,本文中给出的设计计算公式适合于做间隔层的任意膜层。通常膜系的透光率T是膜层厚度nd的函数T=f(nd)。高折射率n_H的膜层函数T_H=f(n_Hd)变化较快,低折射率n_L的膜层函数T_L=f(n_Ld)变化较慢,尤其是在膜层厚度接近λ_0/2的区域更为明显。实践证明选用高折射率ZnS做诱导金属银滤光片的间隔层比选用低折射率冰晶石做间隔层制备工艺稳定,产品合格率高。     

可见-短波红外成像系统色彩恢复滤光片研制

针对当前0.40～2.50 μm宽光谱响应成像系统可见光波段颜色信息丢失,全波段只能灰度成像的问题,设计并制备了用于全天时、可见光色彩恢复、短波红外(Short-Wave Infrared,SWIR)多波段成像的滤光片。使用Essential Macleod膜系设计软件,通过三种设计方案进行参数和性能对比,最终采用短波通基础膜系的两级截止带构造蓝光(B)+SWIR、绿光(G)+SWIR、红光(R)+SWIR负滤光片膜系设计,采用长波通基础膜系实现0.42～2.50 μm通带膜系设计。以上四个滤光片的组合选用Ta₂O₅和SiO₂为高低折射率材料在石英玻璃JGS-1基底上制备,经过测量通带的平均透过率均大于93.6%,通带平均透过率之差小于1.6%。最后用制备的滤光片进行拍照和计算,对色彩恢复功能进行验证。测试结果对宽光谱彩色成像技术的进一步研究具有参考价值。     

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.     

矩形波宽带通滤光膜研究

对矩形波宽带通滤光片进行了深入研究,提出了一种设计、制备矩形波宽带通滤光片的方法。使用该方法设计并制备了400 nm～1 100 nm波段,中心波长λ₀=515 nm,透射带λ=λ₀±25 nm,透射带平均透射率■≥92%,截止带λ=400 nm～475 nm、λ=555 nm～1 100 nm,截止带透射率小于0.1%的矩形波宽带通OD3-A滤光片。对样片光谱进行了测试,结果满足需求。该方法设计、制备矩形波宽带通滤光片克服了F-P型窄带滤光膜监控精度要求高、通带宽带窄、成本高以及传统长、短波截止膜组合方式膜层总厚度过大、通带透过率低、波形矩形度差的缺点。