不同工艺制备的高反射薄膜在真空与大气环境下的激光损伤特性

 建立了光学元件在真空环境下的激光损伤测量系统,采用电子束蒸发和离子辅助技术制备了Hf­₂/SiO₂高反射薄膜。对不同工艺制备的薄膜在真空与大气环境下的1 064 nm波长的激光损伤阈值进行了测量,对薄膜的损伤形貌进行了观测。对薄膜的损伤特性研究分析结果表明：薄膜在真空环境中的损伤阈值相对大气环境中有明显下降,其1∶1测试和R1测试损伤阈值下降约30%;两种环境中的薄膜损伤特性也不同,真空环境中损伤阈值的下降可能与热传导的不同有关。     

球面镜真空紫外光谱反射率的高精度测量

为了实现对球面镜真空紫外光谱反射率的直接测量,构建了一套真空紫外光谱反射率测试系统。该系统以氟化镁窗口氘灯与Seya-Namioka凹面光栅单色仪产生单色光源,反射式调制器与参考探测器做光学补偿,内径80mm的荧光积分球与精密转台作为接收系统。光学补偿消除单色光源不稳定性,荧光积分球消除了两次测量光斑不同对探测器响应的影响,且减少了系统的能量损失。利用该系统测量了115～180nm球面镜的反射率,测试结果表明测量重复性优于±0.3%;按国际通用不确定度评估规范,对系统进行不确定度分析,相关不确定度小于1.3%。实现了球面镜反射率的高精度测量。     

基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

一种被动式辐射测温系统的波长及其带宽设计

介绍了采用PIN硅光电二极管作光接收器件实现的一种被动式实时测温系统。该系统主要由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。从系统的相对测温灵敏度及探测器的温度分辨力与波长间的关系出发,结合大气对红外辐射的透射特性,确定了系统的工作波长;从系统的抗反射辐射能力出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,确定了系统的波长带宽。从P1、P2的测量不确定度出发,讨论了待测目标的发射率及温度的测量精度。结果表明,当λ=0.80μm、Δλ=20nm时,在测温范围600~2500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%,满足设计要求。     

2.7～3.0μm波段高反镜反射率测量研究

中红外激光领域广泛使用高性能高反射光学元件,高反射率高精度测试技术是制备高性能反射光学元件的基础。针对2.7～3.0μm波段光学元件高反射率测量的实际需求,基于量子级联激光器建立了连续光腔衰荡反射率测试实验装置,通过优选2.7～3.0μm波段反射带内水汽吸收较弱的测试波长,分析空气中水汽吸收对衰荡时间和反射率测量的影响,并比较空气和氮气环境下反射率测量结果,实现了2.7～3.0μm波段高反镜反射率的准确测量,在反射率约99.95%时绝对测量精度优于2×10-5。实验结果显示,采用测试波长2.9μm并在测量时保证初始腔和测试腔腔长相同,无需使用氮气环境,直接在实验室空气环境可实现高反射率的精确测量。     

基于标准探测器的硅单光子雪崩探测器探测效率测量

针对硅单光子雪崩探测器探测效率高准确度测量的需要,建立了一套溯源至标准探测器的硅单光子探测器探测效率测量装置。首先通过大动态范围高精度衰减产生光子数已知的准单光子源来校准探测器的探测效率,其次对影响探测效率测量的后脉冲概率和死时间进行了分析与测量,最后系统分析了各测量不确定度的来源,实现了硅单光子雪崩探测器在632.8nm波长处探测效率测量不确定度达到0.6%(k=2)。该装置采用超连续谱光源与单色仪组合输出单色光源,结合标准探测器,可根据需要实现硅单光子雪崩探测器宽波段内的探测效率自动化测量。     

飞焦级激光能量计校准系统及方法研究

为了解决飞焦级激光能量计的校准问题，提出了一种专用的校准系统和方法。该系统采用固定和可变二级衰减机构相结合的方式，实现了对响应波长1 064 nm、脉宽5 ns～1 μs、飞焦量级的激光能量计的校准。阐述了校准系统的工作原理、设备组成和方法。对系统的关键组件和整机性能进行了描述，并给出了相应的测试结果，能量重复测量的不确定度为3%，系统的测量不确定度可以达到11%。最后，提出了该校准系统未来的改进方向。     

拼接干涉仪在控制装校面形中的应用

通过对比大口径光学元件夹持不当时全口径与局部口径之间的图像关系,研究局部面形控制的新方式。并与高精度的大口径干涉仪进行比对测试,验证拼接干涉仪的测试精度。实验表明,拼接干涉仪局部测试精度可达50 nm(PV值).空间分辨力高达5 mm~(-1),可以实现中频段的装校临控。使用拼接干涉仪扫描测试全口径面形,测试不确定度小于100nm.与φ600 mm的大口径干涉仪测试结果差别小于0.04λ(波长λ=632.8 nm)。     

叠加法测量紫外探测器非线性的技术研究

叙述了在266 nm波长点测量紫外探测器和紫外光功率计非线性的原理.提出了利用功率叠加法测量紫外探测器非线性参数的新思路,设计并成功研制了精确测量紫外探测器非线性的装置.利用偏振分光棱镜实现光路的分离与合并,提高了功率非线性测量的动态范围.采用外界杂散光屏蔽技术,减小了背景光和杂散信号对测量结果的影响.编写了自动测量软件.优化了数学模型,降低了测量不确定度.实验结果表明,在1 nw～100 μW的功率范围内,测量重复性小于0.3%,非线性扩展测量不确定度优于0.8%(k=2).     

COIL用薄膜90°位相延迟高反射镜的研制

随着氧碘化学激光器（COIL）输出功率的不断提高，传统的膜系设计已不能满足要求。在倍频膜系的设计基础上，优化设计出了激光45°入射时对1 315 nm和632.8 nm双波长高反（HR）并在1 315 nm处具有90°位相延迟的高反射镜，其基底材料为融石英，高折射率材料为ZrO2, 低折射率材料为SiO2。然后，采用电子束蒸发手段制备了口径为200 mm的高反射位相延迟镜。最后对该延迟镜的性能进行了测试，结果表明:对632.8 nm波长的反射率大于等于95.0%，对1 315 nm波长的反射率大于等于99.8%,位相延迟在90.235°～95.586°范围内。     

红外探测器光谱响应度测试技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，随着红外探测技术的发展，精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析，然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置，并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量，给出测量结果的平均值，最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1～20μm，因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明，InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。     

双边缘技术多普勒测风激光雷达标准具的优化

 优化了基于双边缘技术的直接测风多普勒激光雷达中F-P标准具的工作参数。确定激光谱宽后，选择适当的F-P标准具自由谱间距，可正确消除瑞利背景噪声的影响。分析了标准具镜面缺陷、非严格平行和入射光束发散角对其透过率曲线的影响。将标准具透过率函数表达为唯一系统参数，即反射精细度的函数；通过计算散粒噪声极限时的相对测量误差，可确定最优反射精细度以及激光频率相对标准具透过率中心频率的最佳偏置；由最优反射精细度可得到入射到标准具光束的最大发散角和标准具的最小通光口径。     

556 nm黄光激光器激光反射镜的研制

从激光晶体低增益谱线的运转机理出发,对LD泵浦NdYAG,LBO腔内倍频556 nm激光器所使用的光学薄膜进行了研制.在激光反射镜的设计上,为保证基频光1 112 nm的高效振荡,并获得高的倍频556 nm激光输出,对膜系要求进行了深入分析.采用离子束反应溅射和离子辅助沉积的方法,运用时间监控膜厚法成功置备出556 nm激光器所使用的特殊的全介质激光反射膜,在国内首次实现了1 112 nm激光高效振荡,通过LBO腔内倍频,在2 W的LD泵浦功率下获得102 mW 556 nm激光输出.     

大口径红外辐射计的光谱定标

介绍了大口径红外辐射计的光谱定标方法。研制了大口径红外辐射计。该辐射计主要由前置光学系统, 红外探测器(热释电探测器和碲镉汞探测器2～14 μm), 机械斩波器,锁相放大器,信号采集器等组成。首先对大口径红外辐射计的光谱定标方法进行了分析,然后建立红外辐射计光谱定标的测量装置,并分别测试腔体热释电探测器和HgCdTe探测器的响应非线性,最后用腔体热释电探测器在该测量装置上对HgCdTe探测器进行红外光谱响应度校准实验。通过两种相对光谱响应度测量方法的对比,给出多次测量结果的平均值及两种方法的对比分析。分析结果表明,测量系统的不确定度优于3.4%。     

硅陷阱探测器在350—1064 nm波段的绝对光谱响应度定标

介绍了利用钛宝石可调谐激光器、倍频器和单波长激光器作为光源,在24个波长分立点定标了三个硅陷阱探测器的绝对光谱响应度,解决了红外激光的精确定位与调整、窗口透过率模拟定标等关键技术.结果显示：在激光波长为412—800nm时,三个陷阱探测器定标的不确定度约低于0.05％;当激光波长大于800nm以及低于355nm时,获得的陷阱探测器的定标不确定度约低于0.065％.硅陷阱探测器可以作为空间各类遥感器在350—1064nm波段定标的传递标准探测器. 关键词： 陷阱探测器 低温辐射计 光谱响应度 辐射定标     

Realization of relative responsivity scale with the electrically calibrated pyroelectric radiometer

In UME, the relative spectral responsivity scale extending from 250 to 2500 nm was realized using electrically calibrated pyroelectric radiometer (ECPR). Its absolute spectral responsivity was determined against the electrical substitution cryogenic radiometer (ESCR) facility at 488.1, 514.6, 532.0, and 632.8 nm with an uncertainty of 1 part in 10⁴ (k=2). The relative spectral responsivity scale of ECPR was derived from the surface reflectance data and absolute spectral responsivity data for the mentioned spectral range. Optical characterization of its spatial non-uniformity (at 632.8 nm) and surface reflectance (over 250–2500 nm wavelength region) indicated that the gold-black absorber is spectrally flat within 0.1%. The total expanded uncertainty in the realization of the mentioned radiometric scale along with ECPR was estimated as 1.74%.     

Spectrophotometric measurements on a titanium dioxide film with columnar-structure-induced anisotropy

A procedure combining spectrophotometry and measurements of reflectance and transmittance versus incident angles (R/T method) is developed to characterize an obliquely evaporated titanium dioxide (TiO₂) film. The R/T method determines the thickness and columnar orientation of the film. The film thickness can be measured with an uncertainty less than 10 nm. Optical constants of the film over a spectral range of 450 nm to 900 nm are obtained from spectrophotometric measurements with an accuracy around one percent.     

Transmittance and phase measurement via self-calibrated balanced heterodyne detection

It is rare for a conventional direct detection method to measure the transmittance uniformity of mirrors with rigorous standards, especially to meet the requirement of transmittance/reflectance and phase detection simultaneously. In this study, a new method of self-calibrated balanced heterodyne detection(SCBHD) is proposed. It can be self-calibrated by a two-channel structure to overcome the environmental effects in large optics scanning detection by employing highly accurate heterodyne interference. A typical transmittance measurement experiment was performed at 1053 nm wavelength via SCBHD. A standard deviation(SD) of 0.038% was achieved in the preliminary experiment. The experimental results prove to reduce the SD by approximately two orders of magnitude compared with the conventional direct detection method in the same condition. The proposed method was verified as being promising not only for its wider dynamic measurement range and its higher accuracy but also for its simultaneous transmittance and phase detection ability.     

可见-近红外(488～944 nm)基于低温辐射计的高精度光辐射绝对定标研究

报道了可见-近红外波段(488～944nm)基于低温辐射计的光谱辐射功率定标和标准传递实验和研究,并对测量结果的各个不确定因素进行了测量和分析。首先低温辐射计采用电替代方法测量单个波长激光绝对光功率,测量不确定度低于0．016％。然后利用低温辐射计定标作为标准传递探测器的硅陷阱探测器,从而建立可见-近红外波段陷阱探测器的绝对光谱响应率标准,其不确定度小于0．028％。结果证明了在此波段以探测器为基础建立和传递高精度光辐射标准的合理性和可行性。