激光辐照PC型HgCdTe探测器的实验研究

 分别用连续波1.319μm激光和10.6μm激光辐照PC型HgCdTe红外探测器时，得到了不同辐照光功率密度下，探测器输出的一系列实验结果。给出了在波长为1.319μm的波段内激光辐照下PC型HgCdTe探测器的饱和阈值；用波长为10.6μm的波段外CO₂激光辐照探测器时，发现了一些与波段内激光辐照探测器时大不相同的实验现象；对实验结果进行了分析。简要总结了PC型HgCdTe探测器对于波段内和波段外激光辐照的响应机制。     

硒化锌衬底表面仿生宽带增透微结构的设计及制作

采用时域有限差分法研究了硒化锌基底的抛物线型周期阵列仿生微结构的光学性质,重点分析了微结构阵列的周期、高度、占空比和形状轮廓等对反射率的影响,得到了有较好增透效果的结构参数。根据模拟参数进行两次干涉曝光制备掩模,采用反应离子刻蚀技术制备周期阵列微结构。通过场发射扫描电子显微镜对微结构的表面形貌进行表征,并采用傅里叶变换红外光谱仪在中红外波段分别对双面抛光、单面微结构的硒化锌片进行透过率测试。结果表明:单面微结构样品在2~5μm范围内的整体平均透过率比双面抛光硒化锌基片提高了10%,在2.3μm处的最大透过率为82%。     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器（DPSSL）作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 µm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 µm,刻蚀深度45nm的正交微光栅结构。给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的测量结果。正交微光栅的一级衍射效率在1.8%到6.3%之间。该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用。     

基于非球面基底的红外谐衍射元件设计

根据谐衍射透镜的特点以及非球面校正像差的独特性能,将谐衍射面制作在非球面基底上制成单透镜,该单透镜应用于红外系统中,能够在两个波段1．8～2．4μm和3．4～4．8μm内同时较好地校正系统的色差,有效地校正此单片镜系统的像差,在设计波段内大幅度提高了衍射效率,成像质量接近衍射极限。     

薄膜微结构的近红外透射诱导增强特性

在SiNx薄膜中引入微金字塔结构,综合利用包含界面的薄膜光学微结构的折射、衍射与干涉现象,实现透反射的调控.通过单点金刚石切削与纳米压印、等离子体各向异性刻蚀技术相结合,将大面积、高效率、低成本的微结构制备方法推广至光学薄膜中,实现了多种尺寸的金字塔薄膜微结构的制备,结构单元尺寸可以在1.5～10μm之间进行调控.光谱特性检测结果表明,SiNx薄膜微金字塔结构阵列在近红外至长波红外波段,表现出超宽波段的减反射特性;在0.8～2.5μm的近红外波段,反射率低于1.0%;在3～5μm的中红外波段,反射率小于2.5%;在10～12μm长波红外波段,平均反射率低于5%;与传统的四分之一波长抗反射膜系相比,SiNx薄膜微金字塔结构阵列的减反射效果的实现,无需膜系设计时的折射率匹配,简化了膜系结构.研究发现SiNx薄膜微金字塔结构阵列的近红外透射诱导增强特性,高度为2～4μm的SiNx薄膜微金字塔结构阵列,均在2.1μm波长处出现明显的透射诱导增强效应,且高为4μm,底宽为8μm的微金字塔结构阵列的透射增强作用最为明显,透射率达到了96%以上.实验检测与仿真分析证明,透射增强的位置和强度由微结构的形貌尺寸及其结构比例关系决定.     

锗衬底表面圆柱形仿生蛾眼抗反射微结构的研制EI北大核心CSCD

采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性,并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响,得出具有较好抗反射效果的结构组合参数。采用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在锗基底上制备该亚波长周期微结构。通过热场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征,并应用红外成像光谱仪在长波红外波段分别对双面抛光锗片、单面微结构和双面微结构进行测试对比,结果显示在8~12μm范围内双面微结构的反射率小于8%,基本达到设计要求。     

锗衬底表面圆柱形仿生蛾眼抗反射微结构的研制

采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性,并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响,得出具有较好抗反射效果的结构组合参数。采用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在锗基底上制备该亚波长周期微结构。通过热场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征,并应用红外成像光谱仪在长波红外波段分别对双面抛光锗片、单面微结构和双面微结构进行测试对比,结果显示在8~12μm范围内双面微结构的反射率小于8%,基本达到设计要求。     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 μm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 μm,刻蚀深度45 nm的正交微光栅结构.给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果.正交微光栅的一级衍射效率在1.8%～6.3%之间.该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用.     

红外双波段双视场消热差光学系统设计中消波段间色差条件(方法)的研究

通过推导两个波段间由于色散特性差异导致的波段间色差,得到了描述波段间色散能力的波段间色差系数P,并结合光学系统光焦度方程、消色差方程和消热差方程,讨论了考虑材料波段间色散能力的消热差色差系统设计方法,完成了一个共光路红外双波段双视场光学系统的无热化设计。该系统F数为2、焦距为150 mm/50 mm、波长范围为3.7~4.8μm和7.7~10.3μm,共含有8片透镜,3个非球面,在-40℃~60℃温度范围内,各视场均具有较好的成像质量和冷反射特性。     

共轴PGP型光谱仪的玻璃选择与优化

针对棱镜-光栅-棱镜(PGP)型成像光谱仪装调难度大的问题,通过校正PGP成像光谱仪色差的方法保证探测器像面与光轴垂直,并设计了一款宽波段复消色差的PGP系统。从宽波段复消色差理论出发,计算了三种玻璃材料组合理论色差的最小值,为光学设计的复消色差提供了理论支持。利用光学设计软件优化得到的初始结构,结果表明,PGP系统的二级光谱得到了很好的校正,且探测器的CCD无需倾斜,更方便后期装调。覆盖谱宽为400~1000 nm,视场为9.2 mm,空间分辨率优于10μm,光谱分辨率优于2.8 nm,光学传递函数大于0.7,接近衍射极限,满足成像要求。     

红外遥感器网状微结构制作工艺

为了满足航天红外遥感器光学元件透过率高、散热性好的要求,提出一种具有波长选择特性的网状微结构。采用等效介质理论、数学建模理论方法设计网状微结构特征参数,并通过Matlab软件辅助模拟微结构表面光谱辐射特性。运用离子刻蚀机制备网状微结构,通过扫描电子显微镜测量微结构表面形貌,并进行分析。根据结果判断反应气体流量、射频电源功率、反应腔内压强三个工艺参数对微结构形貌及微结构侧壁陡直度具有很大影响,以及确定最佳工艺参数组合。实验结果表明:在最佳工艺参数组合下制备的网状微结构,10.6μm工作波长下透射衍射效率大于91.5%,基本满足红外遥感器对网状微结构光学特性的要求。     

熔石英的快速激光刻蚀

使用10.6μm连续波CO_2激光和几种工作气体,对熔石英实现了快速的激光刻蚀.得到了刻蚀速度高于200μm/s的干净、光滑的表面;并根据所提出的机理对观察到的实验结果进行了解释.     

多光谱消色差成像流式细胞仪的光学系统设计

为了解决成像流式细胞仪多色、宽波段、长工作距离以及大数值孔径等难点,设计了1款多光谱成像流式细胞仪光学系统。系统基于模块化设计思想,灵活运用部分和整体的优化方法,保证各模块的相对独立性;显微物镜引入衍射元件对宽谱段色差进行校正,保证在全波段下成像质量均达到理想的性能指标;多光谱分解镜组采用二向色镜堆栈分光,多重结构同时优化6个通道,大大降低了系统对色差的校正难度。全局优化得到最终的光学系统,放大倍率为60倍,视场为60μm×128μm,波段为420~800nm,6个分光通道,分辨率达到0.5μm,成像质量接近衍射极限。     

亚波长金属线栅的设计、制备及偏振成像实验研究

针对红外偏振成像系统,运用等效介质理论,在氟化钙基底上设计了周期为200 nm,深度为100 nm的金属铝栅.模拟计算结果表明,设计的金属铝栅在中红外(3—5 μm)和远红外(8—12 μm)双波段范围内,以及±20°的视场范围内能够提供大于35dB的消光比.利用电子束曝光、反应离子束刻蚀、等离子去胶等工艺完成了金属铝栅的制作.将金属铝栅放在中波红外热像仪前,得到了目标轮廓清晰的偏振图像. 关键词： 亚波长衍射光栅 偏振成像 等效介质理论     

具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（英文）

介绍了一种具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管。采用原子层淀积(ALD)方法实现Al_2O_3栅介质的沉积。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅长(Lg)为2μm,栅宽(Wg)为0.9 mm(0.45 mm×2),栅极和源极(Lgs)之间的距离为5μm,栅极和漏极(Lgd)之间的距离为10μm。在栅压为-20 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电仅为0.65 nA。在栅压为+12 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电为225 nA。器件的栅压摆幅为-20~+12V。在栅压V_(gs)=+10 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT电流和饱和电流密度分别达到了98 mA和108 mA/mm(Wg=0.9 mm),特征导通电阻为4 mΩ·cm2。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的阈值电压为+4.6 V,开启与关断电流比达到了5×108。当V_(ds)=7 V时,器件的峰值跨导为42 mS/mm(Wg=0.9 mm,V_(gs)=+10 V)。在V_(gs)=0 V时,栅漏间距为10μm的槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为450 V,关断泄露电流为0.025 mA/mm。     

硫化锌表面微结构抗反射特性的理论模拟及制备EI北大核心CSCD

针对硫化锌表面微纳米结构在中远红外波段7~10μm的增透性能开展理论及实验研究。基于时域有限差分软件建立物理模型,理论研究微结构参数变化对减反性能产生的影响,依据红外光谱值分布图宏观展示微结构参数与透过率的关系。利用飞秒激光在空气环境中制备不同规格的微纳米结构阵列,通过实验实现了设计的结构。分别测试样品在中远红外波段7~10μm范围内透过率,其中8μm的网格结构在8.5~10μm波段的平均透过率可提高4%,在10μm波长处透过率提升7%。实验结果表明所制备的结构具有良好的抗反射性能。对比结果显示实验所示透过率变化趋势与仿真结果具有一致性。     

近红外宽波段下的Czerny-Turner结构复合方法消像散设计

针对Czerny-Turner结构光谱仪宽波段像散很难同时校正的不足,提出了一种复合方法校正像散,即在一阶消像散方法校正宽波段像散的能力达到极限时,加入柱镜,利用柱镜的相反像散变化趋势,进一步补偿光学系统的剩余像散,推导出复合方法的边缘波段像散补偿公式。应用复合方法,设计了1个近红外900~1700nm的消像散Czerny-Turner结构。Zemax的仿真结果表明,全波段全视场均方根(RMS)值均小于14μm,调制传递函数(MTF)达到0.7以上,全波段的光谱分辨率为1.5nm。保证了在高光谱分辨率的情况下,实现了近红外800nm宽波段像散的同时校正,避免了能量的横向扩散。该设计方法同样适用其他波段的结构设计,对宽波段消像散型光学系统的设计具有指导意义。     

高分辨率紫外/可见宽波段显微物镜设计

设计一种用于目标探测的高分辨率紫外/可见宽波段显微物镜。该系统数值孔径NA=0.4、放大率＝10、像高2y=4.7 mm,在248 nm~656 nm的宽波段范围内成像,采用熔石英和萤石两种光学材料对宽波段所引起的色差进行校正。通过对系统的结构优化设计及像差平衡,使传递函数曲线的截止频率高达3 600 lp/mm,且接近衍射极限;分辨率＜0.65 m;点列图均方根半径均小于0.650 mm;场曲小于0.01 mm;畸变小于0.5 m,可完成近紫外、可见光双波段的探测任务。     

石墨烯/纳米铜复合材料的制备及红外性能研究

采用原位还原法制备了还原石墨烯/纳米铜复合材料,对其进行表征分析.测量该材料的中远红外波段的复折射率,计算其吸收系数和大气窗口内的法向光谱发射率并进行实验验证,进而分析其在中远红外波段的吸收和辐射性能.结果表明,纳米铜吸附在还原石墨烯表面,粒径集中在15~25nm;不同尺寸的纳米铜、还原石墨烯及其表面缺陷和官能团等的吸收特性,使该复合材料在8~9.2μm、6~6.5μm、2~3μm波段内的吸收较强,且在远红外波段吸收最强;其在3~5μm的法向发射率在0.65~0.68范围内,法向发射率在8~9.5μm内有最小值0.53,而后稳定在0.58左右,其总法向发射率分别为0.66和0.59,且与测量值相符.该复合材料可用于红外吸收、消光材料和隐身涂料等方面.     

Er~(3+)掺杂Na_5Lu_9F_(32)单晶体的红外光学特性

采用坩埚下降法成功地生长了Er~(3+)离子掺杂的Na_5Lu_9F_(32)(NLF)单晶体。测定了单晶体在400~2 500nm波段的吸收光谱与2.5~25μm红外波段的透过光谱。Na_5Lu_9F_(32)单晶体在400~7 150 nm宽波段范围具有好的光学透过性,在该波段的透过率达到90%。在透过光谱中几乎观察不到2.7μm中红外波段的吸收,说明单晶体中OH~-离子的含量极低。根据测定的吸收光谱,通过Judd-Ofelt理论计算了Er~(3+)在单晶体中的光学强度参数Ω_t(Ω_2=2.08,Ω_4=2.07,Ω_6=0.75),以及相应的辐射跃迁速率、荧光分支比和荧光寿命。根据Futchbauer-Ladenburg公式估算了样品的发射截面大约分别为1.42×10~(-20)cm~2(~4I_(13/2)→~4I_(15/2))和1.66×10~(-20)cm~2(~4I_(11/2)→~4I_(13/2))。在980 nm半导体激光器(LD)激发下,研究了单晶体的近红外1.5μm与中红外2.7μm的发射光谱特性。