近红外双波段消偏振分光膜的设计

大角度倾斜入射时,光学薄膜表现出强烈的偏振效应。这一现象在大部分应用场合会带来系统光学性能的劣变,然而控制偏振效应的光学薄膜设计是困难的。分析了产生偏振效应的内在原因,采用由三种全介质材料构成的四层膜堆和等效层结构膜堆组合得到初始膜系,结合单纯形法和共轭梯度法的多级优化,设计了1300～1330nm和1535～1565nm两个波段范围内分光比都为1∶1的近红外双波段消偏振分光膜。结果显示,在45°入射时,在两个工作波段的s分量和p分量的反射率曲线偏振分离小,反射和透射引起的相位变化也控制在很小范围。     

近红外消偏振分光膜设计近红外消偏振分光膜设计

大角度倾斜入射时,光学薄膜表现出强烈的偏振效应。入射光S分量和P分量的反射率和透射率曲线,以及反射或透射引起的两个分量的相位变化都不再相同,彼此有一定的偏振分离。通过对产生偏振效应内在原因的分析,采用一个在近红外波段对于45倾斜入射光的S分量和P分量等效导纳非常接近的膜系结构,结合单纯形法优化算法,设计得到一个1 500～1 600 nm范围内反射率都是50％的近红外消偏振分光膜。结果显示,在45入射时,S分量和P分量的反射率曲线偏振分离小,反射和透射引起的相位变化也控制在很小范围。     

超宽带减反射膜的设计和制备

设计了400～900 nm波段上的超宽带减反射膜,在410～850 nm范围内的平均残余反射率设计值约为0.2%,在设计的全波段上约为0.24%.讨论了初始膜系结构的选择原则,分析了带宽、膜层折射率差、最外层折射率和膜层总厚度等因素对宽带减反射特性的影响.对特定的带宽.增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率对获得优良的减反射特性是非常重要的.实验制备了K9玻璃上TiO2/MgF2两种材料组成的8层结构的超宽带减反射膜,实测结果表明,在带宽520 nm范围内的平均残余反射率约为0.44%,说明用二种材料设计超宽带减反射膜是成功的,对垂直入射的减反射膜.多种材料的膜系并不比两种材料更具优越性.     

双折射消偏振膜的设计和制备

基于倾斜沉积薄膜材料的双折射特性,采用单一TiO2设计和制备了中心波长为632 nm的双折射消偏振膜。首先以60°和70°的沉积角度镀制了TiO2单层膜,通过单层膜的透射光谱分别拟合出两种沉积角度下薄膜对s和p偏振光的等效折射率nPH,nSH和nPL,nSL。通过对折射率的组合,实现正入射时s偏振光透射率大于p偏振光,而入射角度增大会使两者透射率差值减小,基于这一思想设计并制备了消偏振膜。分别测量了消偏振薄膜在400~800 nm波段范围内正入射及倾斜入射条件下s和p偏振光的透射光谱。入射角为60°时,s偏振光反射带宽基本与p偏振光反射带宽重合,在波长632 nm左右基本实现消偏振。结果表明,利用材料的双折射特性,可以设计和制备出倾斜入射条件下消偏振薄膜。     

真空紫外铝+氟化镁膜偏振特性的研究

研究了铝＋氟化镁膜在真空紫外波段的偏振特性。理论上数值模拟计算了铝＋氟化镁膜在真空紫外波段的反射率及其与入射平面平行和垂直两方面的分量，分析了铝＋氟化镁膜反射率的两分量随入射条件和氟化镁膜厚度的变化规律，在此基础上研究了铝＋氟化镁膜的偏振特性，并与单层铝膜的相应特性作了比较，以氟化锂堆作偏振器，在Seya-Namioka真空紫外反射率计上实验研究了铝＋氟化镁膜的偏振特性。研究结果表明，铝＋氟化镁膜的偏振特性由于受到氟化镁厚度的调制，存在反射率的垂直分量小于平行分量的情形，从而使铝＋氟化镁膜的消光比在非正入射的条件下接近1。理论计算结果与实验结果一致。     

抗紫外辐射塑料显示面板的减反射膜

设计制备了一种抗紫外(UV)辐射的塑料显示面板的减反射膜.对常用的聚碳酸酯(PC)塑料面板,在垂直入射时,减反膜紫外波段300~380 nm的平均反射率大于99.5%,可见光波段420~750 nm的残余反射率为0.22%;在45°入射时,紫外波段300~360 nm的平均反射率大于98.8%,可见光波段400~700...     

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

 为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO₂和SiO₂作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°~30°入射角度下,600~1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。     

50～11O nm波段高反射率多层膜的设计与制备

阐述了50～110 nm强吸收波段亚四分之一波长多层膜的设计方法.这种膜系是由强吸收材料叠加而成,每层膜光学厚度小于四分之一个波长.与常规周期多层膜相比,这种膜系更适用于提高强吸收波段的反射率.利用该方法设计了50 nm处高反射多层膜,并以此为初始条件通过Levenberg-Marquart优化方法完成了50～110 nm强吸收波段宽带高反射率Si/W/Co多层膜的设计,其平均反射率达到45%.采用直流磁控溅射方法制备了Si/W/Co多层膜,用X射线衍射仪(XRD)对膜层结构进行了测试,测试结果表明制作出的多层膜结构与设计结构基本相符.     

LCOS投影PBS分束器膜系设计

给出了一种全新的膜系设计方法,该方法与目前常用的偏振分束器PBS分光镜所采用的多组膜堆周期膜系的设计方法有着本质上的区别。全新的PBS膜系的设计引入一种有序对偶递变方法,它是基于周期性有序地变换成递变非周期性设计,目的是扰动针对45入射布鲁斯特角的敏感。采用了两种折射率材料光学厚度的递变,在SF75系列玻璃棱镜内部入射光能满足45角(5～6)变化、P偏振态的透射率平均不低于70%、S偏振态的反射率不高于99.6%的光学特征指标,而且偏振截止带的带宽可以扩展到400 nm～700 nm。简化了工艺难度,大幅度缩减镀膜时间,降低了投影显示器件制造成本,并提高了光学特征指标。     

50~110 nm波段高反射率多层膜的设计与制备

阐述了50~110 nm强吸收波段亚四分之一波长多层膜的设计方法.这种膜系是由强吸收材料叠加而成，每层膜光学厚度小于四分之一个波长.与常规周期多层膜相比，这种膜系更适用于提高强吸收波段的反射率.利用该方法设计了50 nm处高反射多层膜，并以此为初始条件通过Levenberg-Marquart优化方法完成了50~110 nm强吸收波段宽带高反射率Si/W/Co多层膜的设计，其平均反射率达到45%.采用直流磁控溅射方法制备了Si/W/Co多层膜,用X射线衍射仪(XRD)对膜层结构进行了测试，测试结果表明制作出的多层膜结构与设计结构基本相符.     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm,532 nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1%和0.2%.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1%和25.8%,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm|532 nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm,532 nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1％和0.2％.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1％和25.8％,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.     

Theoretical analysis of non-polarizing beam splitters with appropriate amplitude and phase

When used at oblique angles of incidence, the reflectance and transmittance of thin films exhibit strong polarization effects, particularly for the films inside a glass cube. However, the polarization effects are undesirable in many applications. Novel non-polarizing beam splitter designs are shown. Non-polarizing beam splitters with unique optical thin films are achieved through the combination of interference and frustrated total internal reflection. The non-polarizing condition expressions based on frustrated total internal reflection are derived, and examples of the non-polarizing beam splitters are also presented with the optimization technique and the results of R_p=(50±0.5)%, R_s=(50±0.5)%, and Δ_r=(0±0.3) in the wavelength range of 400-700 nm are obtained.     

可见/红外宽光谱分色片偏振调控的设计

针对光学系统中可见/红外宽光谱分色片的偏振特性,采用诱导透射法设计了满足偏振遥感光学系统能量要求的可见/红外宽光谱分色片,并对其偏振特性进行了分析.通过计算获得了透射带400～900 nm可见/红外宽光谱分色片的偏振情况,采用等效层理论在其基底背面设计了偏振调控膜系,对分色片透射带的偏振度加以调控.使用needle优化...     

Accuracy design of ultra-low residual reflection coatings for laser optics

Refractive index inhomogeneity is one of the important characteristics of optical coating material, which is one of the key factors to produce loss to the ultra-low residual reflection coatings except using the refractive index inhomogeneity to obtain gradient-index coating. In the normal structure of antireflection coatings for center wavelength at 532 nm, the physical thicknesses of layer H and layer L are 22.18 nm and 118.86 nm, respectively. The residual reflectance caused by refractive index inhomogeneity(the degree of inhomogeneous is between -0.2 and 0.2) is about 200 ppm, and the minimum reflectivity wavelength is between 528.2 nm and 535.2 nm. A new numerical method adding the refractive index inhomogeneity to the spectra calculation was proposed to design the laser antireflection coatings, which can achieve the design of antireflection coatings with ppm residual reflection by adjusting physical thickness of the couple layers. When the degree of refractive index inhomogeneity of the layer H and layer L is-0.08 and 0.05 respectively, the residual reflectance increase from zero to 0.0769% at 532 nm. According to the above accuracy numerical method, if layer H physical thickness increases by 1.30 nm and layer L decrease by 4.50 nm, residual reflectance of thin film will achieve to 2.06 ppm. When the degree of refractive index inhomogeneity of the layer H and layer L is 0.08 and -0.05 respectively, the residual reflectance increase from zero to 0.0784% at 532 nm. The residual reflectance of designed thin film can be reduced to 0.8 ppm by decreasing the layer H of 1.55 nm while increasing the layer L of 4.94 nm.     

Design of wideband graded-index antireflection coatings at oblique light incidence

We suggest a design method of graded-refractive-index (GRIN) antireflection (AR) coating for s-polarized or p-polarized light at off-normal incidence. The spectrum characteristic of the designed antireflection coating with a quintic effective refractive-index profile for a given state of polarization has been discussed. In addition, the genetic algorithm was used to optimize the refractive index profile of the GRIN antireflection for reducing the mean reflectance of s- and p-polarizations. The average reflectance loss was reduced to only 0.04% by applying optimized GRIN AR coatings onto BK7 glass over the wavelength range from 400 to 800 nm at the incident angle of θ₀ =70°.     

Designs of infrared non-polarizing beam splitters

When used at oblique angles of incidence, the reflectance and transmittance of thin films exhibit strong polarization effects (PEs), particularly for the films inside a glass cube, which result from the fact that the tangential components of the electric and magnetic fields are continuous across each layer interface. However, for many applications, the PEs are undesirable and should be reduced. Therefore, the concept of non-polarizing beam splitter (NPBS) is proposed. Up till now, however, most of the reports of NPBSs are suitable for visible light. Therefore, it is necessary to find out some methods to reduce the PEs for infrared applications. A design method of the infrared NPBS in a cube is proposed, the theoretical analysis is given, designs for different substrates are demonstrated and the simulations of their optical properties are presented in this paper.     

三硼酸锂晶体上1064 nm,532 nm,355 nm三倍频增透膜的设计

采用矢量法设计了三硼酸锂晶体上1064 nm、532 nm和355 nm三倍频增透膜,结果表明1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别为0.0017%、0.0002%和0.0013%。根据误差分析,薄膜制备时沉积速率精度控制在 5.5%时,1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.20%、0.84%和1.89%。当材料折射率的变化控制在 3%时,1064 nm处的剩余反射率增大为0.20%,532 nm和355 nm处分别达0.88%和0.24%。与薄膜物理厚度相比,膜层折射率对剩余反射率的影响大。对膜系敏感层的分析表明,在1064 nm和355 nm波长,从入射介质向基底过渡的第二层膜的厚度变化对剩余反射率的影响最大,其次是第一膜层。在532 nm波长,第一和第三膜层是该膜系的敏感层。同时发现,由于薄膜材料的色散,1064 nm5、32 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.15%、0.31%和1.52%。