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。     

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。     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0．4μm-1．1μm超宽带增透膜

对0．4μm-1．1μm超宽带增透膜的镀制工范进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究，结合国产设备的实际情况，在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素；最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0．4μm-1．1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层，结构为：│玻璃│H│M│H│M│H│M│H│L│空气│。制作工艺方便简单、稳定，制做的膜层具有较好的光谱和机械性能，满足光电仪器实际使用要求。     

可见光宽带四层增透膜

前言用本技术镀制可见光宽带四层增透膜,实测样品的光谱低反射率曲线是从4000至7000A,P_λ<0.5%;从4100至6900A,R_λ<0.3%。由于在膜系设计和镀制工艺中采用了Ta_2O_5薄膜作为高折射率膜层,所以,镀制工艺比较稳定。     

可见光区大角度减反射光学薄膜制备工艺研究

为获得可见光波长范围的大角度减反射光学薄膜,采用电子束蒸发斜角蒸镀工艺,按照设计好的膜系,通过蒸镀一系列低折射率膜层,最终得到在380～780nm波长间,入射角0～70°,平均反射率低于1%的光学薄膜。实验结果表明利用斜角蒸镀工艺镀制出折射率从基底到空气的渐变多层膜结构以取得优良的减反射效果是可行的。     

254 nm低通滤光片的研制

根据紫外光学系统的设计要求,在K9基底上研制了254 nm高反射率、可见光谱区高透过率的低通滤光片.根据膜系设计理论,通过针法优化,获得了干涉型低通滤光片的膜系;对电子束蒸镀HfO_2和MgF_2材料进行了研究,解决了材料喷溅的问题,减少了薄膜的吸收;采用考夫曼离子源,通过优化工艺参数,提高膜层致密性,解决了光谱曲线漂移的问题,改善了成膜质量.     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0.4μm～1.1μm超宽带增透膜

对0.4μm~1.1μm超宽带增透膜的镀制工艺进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究,结合国产设备的实际情况,在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素;最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0.4μm~1.1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层,结构为:玻璃■H■M■H■M■H■M■H■L■空气■。制作工艺方便简单、稳定,制做的膜层具有较好的光谱和机械性能,满足光电仪器实际使用要求。     

用极值法控制非λ/4膜系的模拟计算

<正> 如何在镀膜过程中实行非λ/4膜系的厚度控制,目前已经成为大家所关心的问题。以往在镀制λ/4膜系时,用极值法控制膜层厚度比较普遍。这种方法操作简单,也具有一定的精度。沿用这种膜厚控制方式,来镀制非λ/4膜系,是有可能的。用极值法控制非λ/4膜系所要解决的问题,就是要对每层膜选择一个适当的控制波长,使得膜层逐渐沉积在控制基片上时,对这个波长的光的反射率正好在设计厚度上达到极值。我们编制了一个程序,用来寻找所要求的合适波长,并在各相应波长下,模拟了每层膜的镀膜过程(参见程序框图。由于反射率的计算已为大家所熟知,本程序中只将它作为一个过程,在框图中没有给出)。     

特定折射率材料及光学薄膜制备

根据太阳电池阵激光防护膜性能优化的需要,应用离子辅助电子束双源共蒸工艺方法制备了优化设计所需的特定折射率的薄膜材料并用于制备激光防护膜。测试结果显示:用该工艺方法制备的掺杂材料薄膜的折射率n=1.75,与优化设计所需数值相符;激光防护膜性能优良,太阳辐射能透过率提高6%以上,实现了对该激光防护膜性能的进一步优化。为了使该双源共蒸方法适于大面积薄膜的制备,应用均匀性挡板技术来提高该方法制备大面积薄膜的膜厚均匀性,使制备的掺杂材料薄膜在口径为400 mm时的不均匀性小于2.1%。该双源共蒸方法制备工艺简单、可靠,适于实际工程应用。薄膜性能测试结果与理论优化结果相符,达到预期优化目标。     

稳定高温氧化物薄膜折射率的一种方法

<正> 现在,真空蒸镀高温氧化薄膜愈来愈多地引起人们的注意。但是,几乎所有高温氧化物薄膜在一定的成膜工艺条件下,都具有变折射率的特性,想得到折射率不变的均质薄膜是很困难的。为了在通常的蒸镀条件下,得到折射率较为稳定的高温氧化薄膜,我们在ZrO_2和La_2O_3膜料中掺入适量的Ta_2O_5粉末,用电子束加热混合膜料,只要充分预熔除气,就能基本上稳定折射率。实验是在DMD-450型镀膜机上进行的,用JT-75-1型椭圆仪测量了所镀薄膜的折射率和厚度。用EPS-3T型自动记录分光光度计测量了λ/4单层膜的分光曲线。下面仅就稳定ZrO_2和La_2O_3两种氧化物薄膜折射率的方法加以介绍: 1.ZrO_2薄膜在不加Ta_2O_5粉末的情况下,一般为折射率负变(折射率随膜厚的增加而减小)的膜层。我们给ZrO_2膜料里掺入Ta_2O_5     

红外中带滤光片的结构、带宽估算及调整

中波红外波段在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用，为了提高信噪比，系统中经常使用高质量的红外中带滤光片。相对带宽是红外中带滤光片重要的指标，主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。首先给出双截止组合型、F-P型、多半波型等几种膜系结构，归纳了相对带宽估算公式。同时从实用性出发，对一些具体膜系结构进行了相对带宽估算和综合分析，结果表明多半波结构最为可行。针对多半波结构，提出了间隔层膜料和光学厚度的选择、采用等效膜、调整膜层折射率等相对带宽调整的方法。最后，利用上述相对带宽调整方法对红外中带滤光片进行了设计，给出了实际镀制结果，滤光片相对带宽指标满足设计要求。     

Rugate filter with multi-channel grown by glancing angle deposition

Glancing angle deposition (GLAD) is an effective technique to fabricate thin films with desired nanoscale porosity variations in three dimensions. GLAD can be used to grow rugate filters characterized by a sinusoidal refractive index profile from one single source material through control of film porosity. A multi-stopband rugate filter can be achieved either by introducing a layer of constant index into the center of sinusoidal refractive index profile or by embedding discrete layers of constant refractive index to sinusoidal index profile with the GLAD technique. Transmittance measurements of the one channel filter, formed with titanium dioxide, revealed this method is one of the most valid technologies to fabricate multi-band filters.     

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。     

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。     

膜层渗透产生短波通截止滤光片半波孔现象的分析

半波孔现象的出现会极大地影响短波通截止滤光片的光谱性能,已有文献报道膜料色散、膜层折射率非均匀性以及膜厚控制误差积累等是产生半波孔现象的几个可能因素。本文通过模拟计算发现膜层间的相互渗透也是产生半波孔现象的重要原因之一,分析表明不同的渗透模式对半波孔现象的形成及大小具有不同的影响。     

人眼安全激光测距与红外成像滤光膜的研制

从人眼安全的角度,设计并制备了对1 064 nm激光抑制并可用于1 550 nm激光测距以及3 m～5 m波段红外成像的滤光膜。选用ZnS、YbF3作为膜料组合、多光谱ZnS作为基底,利用薄膜设计软件对薄膜进行了优化设计。膜系设计通过合理的厚度控制和膜层安排,来增强薄膜的机械强度。滤光膜的制备采用了电子束沉积技术,通过离子辅助沉积和真空退火处理技术,进一步提高滤光膜的牢固性。光谱测试表明:在1 064 nm处的透射率仅为0.5%,1 550 nm处的透过率为99.3%,3 m～5 m波段的平均透过率大于96%,经分析YbF3的折射率在薄膜沉积过程中有所提高,但是对光谱曲线影响不大;可靠性测试表明:滤光膜能够耐受恶劣的环境考验,满足使用要求。     

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。     

PECVD技术制备光学减反射膜工艺探索

讨论了采用PECVD方法在K9玻璃基底上制备SiO2、SiNx、以及SiOxNy薄膜材料的工艺参数与薄膜光学特性、沉积速率的关系,并且运用掌握的工艺参数成功地制备了400～800nm波长范围双层、梯度折射率减反射膜样片.实验结果表明,采用PECVD方法能够制备折射率可控的光学薄膜材料,沉积薄膜厚度的精度可以控制在7%以...     

中波红外3 μm～5 μm宽带通滤光片的研制

 中波红外宽带通滤光膜通常膜系层数多,膜层总厚度非常大（厚度达到10 μm左右）,膜层的镀制工艺难度较大。通过分析红外带通滤光片几种设计方法的特点,并结合实际镀制工艺技术,采用了长波通与短波通及非规整薄膜设计技术相结合的方法,设计了以锗材料为基底的中波3 μm～５ μm宽带通滤光膜。该设计大幅度降低了膜层的总厚度（约为8.65 μm）,缩短了膜层的镀制周期,提高了膜层的牢固度;在膜层的镀制工艺过程中,通过改变薄膜材料的蒸发速率、修正蒸发硫化锌材料时电子枪的扫描方式、调整蒸发材料在坩埚中的装载方法,使膜层获得了优异的光谱性能,其通带平均透过率大于96%,截止区域的平均透过率小于1%。