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.     

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。     

一维光子晶体非线性色散特性的分析

从无限周期一维光子晶体的色散关系和有限周期光子晶体的透射系数两个方面,对有限和无限周期光子晶体有效折射率的实部和虚部特性曲线分别进行了计算和分析.结果表明一维光子晶体的色散曲线与弹性电偶极子的经典色散曲线类似,在光子晶体的导带为正常色散,而在禁带呈现反常色散.并且用简约布里渊和扩展布里渊区色散曲线对文献报道中存在的两种矛盾的计算结果进行了理论的探讨.解释了导致对一维光子晶体有效折射率计算存在两种不同结果的原因.     

锗在吸收边附近的压力—折射率系数

目前半导体锗在吸收边附近(1550 nm)的压力-折射率系数在实验和理论上并未研究清楚.本文通过测量在不同压力下镀在光纤端面的高结晶度锗薄膜的反射率,来计算得到锗在吸收边附近的压力-折射率系数.本文的实验结果显示,锗在吸收边附近出现反常色散现象,即折射率随能量变化呈正相关,并且其压力-折射率系数出现反常,为正值,这是由于多晶结构中的激子吸收所引起.通过引入描述激子色散的临界点模型,得到锗在吸收边附近的反常色散范围和压力-折射率系数呈正值的范围.本文的结果将有助于基于锗薄膜的通信C波段光学器件的研究.     

ZrO2/SiO2多层膜中膜厚组合周期数及基底材料对残余应力的影响

ZrO2/SiO2多层膜由相同沉积条件下的电子束蒸发方法制备而成,通过改变多层膜中高(ZrO2)、低(SiO2)折射率材料膜厚组合周期数的方法,研究了沉积在熔石英和BK7玻璃基底上多层膜中残余应力的变化.用ZYGO光学干涉仪测量了基底镀膜前后曲率半径的变化,并确定了薄膜中的残余应力.结果发现,该多层膜中的残余应力为压应力,随着薄膜中膜厚组合周期数的增加,压应力值逐渐减小.而且在相同条件下,石英基底上所沉积多层膜中的压应力值要小于BK7玻璃基底上所沉积多层膜中的压应力值.用x射线衍射技术测量分析了膜厚组合周期数不同的ZrO2/SiO2多层膜微结构,发现随着周期数增加,多层膜的结晶程度增强.同时多层膜的微结构应变表现出了与所测应力不一致的变化趋势,这主要是由多层膜中,膜层界面之间复杂的相互作用引起的.     

负折射率介质层中光波的相位和传输特性研究

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质 ,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标系以及波相相位互之间的关系。分析结果表明负折射率介质层中的波矢k的反常取向是由于其标量值为负 ;在统一的坐标系下 ,由该标量值参与数值计算和分析 ,k则由标量值和单位矢量k0 (k0 >0 )共同决定 ,而不必再考虑左、右手系的区别。在此基础上依据电磁场理论推导了光波在负折射率介质层中的传输矩阵 ,用以分析含有负折射率介质层的复杂薄膜系统的光学性质。初步计算结果显示含有负折射率介质层的膜系对TE和TM波的光谱特性都有显著改变     

磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的模型分析

阐述了磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的机理;探讨了磁控反应溅射法制备渐变折射率薄膜的理论模型,给出了渐变折射率薄膜的折射率与反应气体分压的关系,在一定的沉积参数下,由要得到的膜层折射率随膜层几何厚度的变化规律可推导出反应气体分压比随时间的变化规律;最后以制备折射率线性变化的薄膜为例说明了如何推导得到反应气体分压比随时间的变化规律. 关键词： 渐变折射率 磁控反应溅射 模型     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO2薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了ZrO2薄膜在200-1200 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现,溶胶凝胶ZrO2薄膜具有高折射率(1.63-1.93,测试波长为632.8 nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97-5.63 eV) 等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数--膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定溶胶凝胶ZrO2薄膜光学常数方面的可靠性.     

斜角入射沉积法制备渐变折射率薄膜的理论探讨

从理论上分析了单一膜料倾斜入射沉积时的折射率与填充密度的关系,给出了三种不同的表达式;然后从正变和负变、完整周期和存在半周期以及不同的周期数等几个方面探讨了膜层的填充密度按照线性变化时的渐变折射率薄膜的光学特性,并将折射率的不同理论表达式对光学特性的影响进行了对比,最后讨论了单一膜料倾斜入射沉积渐变折射率薄膜的方法、填充密度线性变化时的渐变折射率薄膜的应用及制备中需要进一步解决和处理的问题. 关键词： 斜角入射沉积 渐变 填充密度     

ZrO2／SiO2多层膜中膜厚组合周期数及基底材料对残余应力的影响

ZrO₂／SiO₂多层膜由相同沉积条件下的电子束蒸发方法制备而成， 通过改变多层膜中高(ZrO₂)、低(SiO₂)折射率材料膜厚组合周期数的方法，研究了沉积 在熔石英和BK7玻璃 基底上多层膜中残余应力的变化. 用ZYGO光学干涉仪测量了基底镀膜前后曲率半径的变化， 并确定了薄膜中的残余应力. 结果发现，该多层膜中的残余应力为压应力，随着薄膜中膜厚 组合周期数的增加，压应力值逐渐减小. 而且在相同条件下，石英基底上所沉积多层膜中的 压应力值要小于BK7玻璃基底上所沉积多层膜中的压应力值. 用x射线衍射技术测量分析了膜 厚组合周期数不同的ZrO₂／SiO₂多层膜微结构，发现随着周期数增 加，多层膜的结晶程 度增强. 同时多层膜的微结构应变表现出了与所测应力不一致的变化趋势，这主要是由多层 膜中，膜层界面之间复杂的相互作用引起的. 关键词： 2／SiO₂多层膜')" href="#">ZrO₂／SiO₂多层膜 残余应力 膜厚组合周期数     

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。     

镀有SiO_2-WO_3薄膜LPFG折射率传感特性研究

采用四层阶跃折射率几何模型,研究了镀有SiO2-WO3薄膜LPFG在溶液折射率测量方面的特性,并与未镀膜情况进行了比较。当LPFG包层外镀膜后,测量纯水、CaCl2溶液(浓度为450gL-1,折射率为1.4056)时波长漂移量分别是未镀膜时的1.67和2.55倍;谐振峰的损耗变化分别是未镀膜时的4.44和2.82倍;在1.36-1.38折射率范围内,传感器的灵敏度和分辨率分别是216.58nm和0.82×10-5,是镀膜前的3.27和0.30倍,说明镀膜后LPFG对溶液折射率测量的灵敏度和分辨率得到了很大的提高。     

高折射率光学薄膜的化学法制备研究

 报道了一种以ZrOC₁₂·8H₂O为源,溶胶-凝胶法制备高激光负载高折射率薄膜的新方法。薄膜采用旋转镀膜法制备,对薄膜的结构、光学特性及激光损伤阈值进行了测量,有机粘接剂对薄膜折射率及机械强度的影响也作了探讨。以该薄膜与SiO₂溶胶凝胶膜交替涂覆制成的多层高反膜,剩余透过率仅0.98%,激光损伤阈值达16J/cm²（3ns）。     

多量子阱波导等效折射率的新公式

利用转移矩阵技术,建立了薄膜近似下的多量子阱波导芯子区域等效折射率的解析公式。该公式是偏振态和量子阱波导折射率分布的函数。     

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。     

纳米孔隙薄膜中孔隙率与折射率关系的研究

用时域有限差分算法(FDTD)构造了纳米孔隙高分子薄膜的网格结构，并模拟了理想单色平面光波在纳米孔隙高分子薄膜中的传输过程，计算出不同孔隙率的薄膜所对应的等效折射率。模拟结果显示纳米孔隙薄膜的等效折射率与孔隙率呈线性递减的关系。还利用固体材料学中的混合材料等效介电常量理论建立了一种混合介质并联理论模型，很好地解释了纳米孔隙高分子薄膜孔隙率与等效折射率的关系而且得到了纳米孔隙高分子薄膜等效折射率与孔隙率的函数关系式。将模拟结果与混合介质并联理论模型相比较，发现该理论模型的函数曲线与时域有限差分算法模拟的结果相互吻合。     

相变光盘介电薄膜ZnS-SiO2 的微结构和光学特性

采用射频磁控溅射法制备了ZnS-SiO₂ 介电薄膜,利用透射电镜和椭偏仪研究了溅射条件对ZnS-SiO₂薄膜微结构和折射率n的影响.研究表明,ZnS-SiO₂薄膜中存在微小晶粒,大小为2～10 nm的ZnS颗粒分布在SiO₂基体中,当溅射功率和溅射气压变化时,ZnS-SiO₂薄膜的微结构和折射率n发生显著变化,微结构的变化是导致折射率n变化的主要原因,通过优化溅射条件可以制备适用于相变光盘的高质量ZnS-SiO₂介电薄膜.     

超辐射发光二极管抗反射膜的设计

分析了设计超辐射发光二极管抗反射膜的光导纳法,介绍了有效折射率的概念。选用TiO2和SiO2两种材料给出了中心波长为850 nm时的设计实例。结果表明设计时要考虑有效折射率,才能获得好的性能。     

Orientation-enhanced nonlinear optical properties and phase-conjugate reflective system of a novel Azobenzene doped polymer film

This paper reports that the nonlinear refractive index of a novel organic optical storage film doped azo-diphenylamine polymer is measured by using the $Z$-scan technique. The nonlinear refractive index up to $3.7\times 10 ^{ - 6 }$~cm$^{2}$/W induced by thermo-optical effect is obtained. It indicates that the sample has excellent optical nonlinear properties. The physical mechanism of the great nonlinear optical effect is analysed and the optical conjugate characteristic is also discussed with degenerate four-wave-mixing. The phase conjugate wave diffracted from the formative refractive index grating in the sample is acquired and its equivalent reflectivity reaches about 22{\%}. On this basis, the reflective wave phase-conjugated mirror system was designed, and the image aberration experienced in propagation in the storage experiment is corrected by using the system.