溶胶-凝胶双层三波长增透膜制备

通过理论模拟与实验相结合,研究了以双层膜的方式实现三波长增透的途径。以正硅酸乙酯为前驱体,采用酸催化与碱催化溶胶混合的方式调控了溶胶折射率,并配制了双层复合膜所用的两种溶胶,制备出了351nm处透过率大于99.5%,527nm透过率大于98%,1053nm透过率大于98%的三波长增透膜。用扫描电镜、原子力显微镜观测了膜层结构,用椭偏仪和分光光度计对膜层性能进行了表征。三波长增透膜对高功率激光装置的运行性能提升起到了积极的促进作用。     

激光敌我识别系统中滤光膜的研制

根据激光敌我识别系统的使用要求,选择H4和SiO2作为高低折射率材料,借助Macleod和TFCalc软件进行膜系优化设计和分析。采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积技术,通过正交矩阵实验对材料的工艺参数进行调整和优化,利用基片的正反面分别对带通滤光片的长波反射带和短波反射带进行展宽,解决了单面膜层过厚难以控制的问题,制备了符合要求的激光滤光膜。镀膜后的基片在532,632,905,1064和1550nm波长处的透射率小于0.2%,808nm波长附近的平均透射率大于95%。并在532nm和1064nm波长处具有较高的激光损伤阈值,能承受恶劣的环境测试,满足激光敌我识别系统中光学仪器的使用要求。     

双通感红外日夜两用型滤光膜的研制

选取二氧化钛与二氧化硅作为薄膜材料,借助膜系设计软件优化设计膜系。采用离子源辅助沉积的真空镀膜方法,通过调整镀膜工艺参数,减少膜厚控制误差,在石英基底上成功镀制了符合使用要求的多波段滤光膜。所镀膜层在420～640 nm与近红外920～960 nm波段的平均透射比大于95%,680～880 nm和990～1100 nm波段的平均透射比小于3%,能够承受恶劣的环境测试,完全满足红外夜视摄像机的使用要求。     

ZnS衬底上GeC/GaP增透保护膜系的制备及红外光学性质

把GeC/GaP双层膜用作ZnS衬底的长波红外(8~11.5μm波段)增透保护膜系。采用射频磁控溅射法,以高纯Ar为工作气体、单晶GaP圆片为靶制备了GaP薄膜;用射频磁控反应溅射法在高纯Ar和CH4的混合气体中,以单晶Ge圆片为靶制备了GeC薄膜。分别用柯西(Cauchy)公式和乌尔巴赫(Urbach)公式表示折射率和吸收系数,对薄膜的红外透射率曲线进行最小二乘法拟合,得到了它们的厚度及折射率、吸收系数等光学常数。GaP膜的折射率与块体材料的相近,在波长10μm处约为2.9;GeC膜的折射率较小,在波长10μm处约为1.78。用所得到的薄膜折射率,通过计算机膜系自动设计软件在ZnS衬底上设计并制备出了GeC/GaP双层增透保护膜系,当GaP膜厚较大时,由于吸收增大膜系增透效果较差;当GaP膜厚较小时,膜系有较好的增透效果。     

1 064, 532和680 nm波长的反射-吸收复合型防护膜的研制

 针对1 064, 532 和 680 nm波长激光， 以聚碳酸酯 （PC） 为镀膜基底， 钕玻璃激光中心波长为1 064 nm, 采用六分之一加三分之一膜系的反射膜系设计，以氧化锆为高折射率膜层材料，氯化酞菁铝掺杂的氧化硅为低折射率膜层材料，通过溶胶-凝胶法镀21层膜，并在多层反射膜与PC基底之间插入张力匹配层，实现了钕玻璃激光器1 064 nm主频和532 nm二倍频波长激光的反射，以及680 nm波长红宝石激光的同时吸收，1 064,532和680 nm波长处的透射率分别为1.67％，18.24％和2.4％。     

溶胶-凝胶法制备TiO2-SiO2多层增透膜

在酸催化体系中以钛酸丁酯为前驱体制得TiO2溶胶,以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体制得SiO2溶胶,采用提拉法在普通载玻片上镀膜。辅助MASS膜系设计软件进行模拟计算,得到了透射率为99%的膜片。根据理论模拟结果,实验采用交叉镀膜,制备出了宽带增透TiO2-SiO2多层膜,其方法有别于以往的TiO2/SiO2复合膜法。用紫外-可见分光光度计测量了样品的透射光谱。实验发现,样品具有明显的宽带增透效果：在400-700nm波段,当光线垂直入射时,增透6%左右;45°角入射时,可增透10%。     

薄膜光学

薄膜光学理论与膜系设计O484.12007021550红外增透与保护膜技术的研究=Study of infrared AR andprotecting coating technology[会,中]/付秀华(长春理工大学光电工程学院.吉林,长春(130022)),董连和…//光学/激光/红外技术学术交流会.-北京,2006.12.-1162-1164采用电子束与离子辅助沉积技术,在氟化镁晶体材料上制备3.5~4.9μm增透与保护膜。经过实验,选取氧化钛与二氧化硅作为薄膜材料,并优化沉积工艺参数,尽可能减少吸收损失,对氟化镁基底实现有效的增透和保护。实验结果表明,镀膜后其单面剩余反射率由未镀膜时的2.5%减少到1.2%,并能承…     

取样光栅镀膜减反技术研究

 根据惯性约束聚变系统技术要求，提出了镀膜减反方案，以解决现有光栅由于元件表面反射影响零级透过率的问题。使用严格耦合波理论分析了镀sol-gel减反膜的取样光栅特性，详细地分析了仿形膜和平面膜的减反情况和取样效率的变化。结果发现，镀平面膜是一种可行的技术方案，光栅表面反射几乎完全消除，表明可以通过取样光栅镀膜减反来达到提高透射率的目的；裸光栅的深度为12 nm时，平面减反膜厚为60 nm，即光学厚度为等效1/4波长：72 nm。此时的透射率为99.8%，取样效率为0.241‰。     

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.     

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%。     

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.     

121.6 nm远紫外高反射薄膜研究

远紫外波段高反射薄膜的研究具有重要应用价值。为了实现高反射率,采用高温三步蒸发法沉积MgF_2膜以保护Al膜,制备了远紫外宽带高反射薄膜,并对样品进行退火处理。结果显示,改进制备工艺和退火工艺后,紫外宽带高反射薄膜在121.6 nm处的反射率高达90%,接近理论设计值。同时分析了散射损耗的影响。采用优化的LaF_3/MgF_2膜系结构,制备了窄带反射滤光薄膜,其在中心波长122.5 nm处的峰值反射率为75%且半峰全宽为8 nm,达到了理论设计的预期效果,但退火处理损伤了薄膜表面,散射损耗增加,薄膜反射率下降。     

一种用于Yb:YAG激光器的波长分离膜的研制

以1 030 nm高反,940,980 nm高透的波长分离膜作为实例,为提高该薄膜元件的波长分离效果,从膜系的优化方面做了一系列的研究,诸如采用带通滤光片的设计思想,在膜堆两侧加入了匹配层,调整膜堆的周期厚度,并用膜系设计软件对通带作进一步的优化.通过这一系列的优化设计后,利用RF双离子束溅射工艺在BK7玻璃基底上沉积样品薄膜,并在基底背面加镀通带增透膜.结果显示,透射带在940和980 nm处的透过率分别为97.73%和93.63%,反射带在1 030 nm的反射率为99.99%.对所制备的样品薄膜进行了激光损伤阈值测量,得到了35 J/cm2(1 064 nm,12 ns)的结果.     

溶胶-凝胶法制备汽车后视镜

采用溶胶-凝胶法镀膜技术在玻璃基板上用高折射率TiO2和低折射率SiO2材料交替镀1／4波长膜层，形成高反射膜系，制备了汽车亲水性后视镜．利用F-P腔理论，计算了两面镀膜样品在可见光区的透射率，得到的结果与实验结果相吻合．     

193 nm氟化物增透膜的特性

 为了研制低损耗、高性能的193 nm氟化物增透膜,研究了基底和不同氟化物材料组合对氟化物增透膜的影响。在熔石英基底上,将挡板法和预镀层技术相结合,采用热舟蒸发方式制备了不同氟化物材料组合增透膜,对增透膜的剩余反射率和光学损耗等光学特性,以及表面粗糙度和应力等特性进行了测量和比较。在分析比较和优化的基础上,设计制备的3层1/4波长规整膜系AlF3/LaF3增透膜在193 nm的剩余反射率低于0.14%,单面镀膜增透膜的透射率为93.85%,增透膜表面均方根粗糙度为0.979 nm,总的损耗约为6％。要得到高性能的193 nm增透膜,应选用超级抛光基底。     

宽带减反射膜设计的一种新方法

提出实现宽带减反射膜系设计的新方法。该方法成功地设计出在可见光谱区的平均剩余反射率小于0.2％、减反射带宽390nm的四层等厚膜系;文中给出该法的理论推导、减反射限定条件及其应用的设计实例。结果表明,新的设计比传统三层减反射膜系设计具有明显的优越。     

色分离光栅镀膜减反技术研究

 根据惯性约束聚变系统技术要求，提出一种镀膜减反方案，以解决现有光栅由于元件表面反射影响衍射效率的问题。对色分离光栅镀膜减反技术进行了详细的分析，根据标量理论给出了镀膜光栅的各项技术要求，优化了光栅结构参数。模拟计算结果发现，光栅表面反射几乎完全消除，表明可以通过色分离光栅镀膜减反提高衍射效率的目的。该镀膜光栅刻槽深度的优化值为2.84μm，膜厚为等效1/4波长，即71.2nm。     

光纤激光器光学膜设计与制备

针对激光在传输过程中的光能损失,本文根据光学薄膜理论,设计制备了减反射膜和抗激光的高反射膜,并对激光膜的镀膜材料、膜系设计、沉积工艺及离子辅助沉积等参数进行了深入研究.研究结果表明,制备的减反膜的反射率＜O.2%,激光以25°～65°入射时高反射膜的反射率＞99.7%.对50μm光纤和K9玻璃镀膜前后的输出功率测试显示...     

离子束溅射制备低应力深紫外光学薄膜

采用离子束溅射制备了Al F3、Gd F3单层膜及193 nm减反和高反膜系,分别使用分光光度计、原子力显微镜和应力仪研究了薄膜的光学特性、微观结构以及残余应力。在优选的沉积参数下制备出消光系数分别为1.1×10~(-4)和3.0×10~(-4)的低损耗AlF_3和GdF_3薄膜,对应的折射率分别为1.43和1.67,193 nm减反膜系的透过率为99.6%,剩余反射几乎为零,而高反膜系的反射率为99.2%,透过率为0.1%。应力测量结果表明,AlF_3薄膜表现为张应力而GdF_3薄膜具有压应力,与沉积条件相关的低生长应力是AlF_3和GdF_3薄膜残余应力较小的主要原因,采用这两种材料制备的减反及高反膜系应力均低于50 MPa。针对平面和曲率半径为240 mm的凸面元件,通过设计修正挡板,250 mm口径膜厚均匀性均优于97%。为亚纳米精度的平面元件镀制193 nm减反膜系,镀膜后RMS由0.177 nm变为0.219 nm。     

高性能Ag/AgI红外空芯光纤的研究

采用液相化学镀膜法研制了内面镀有银膜和碘化银膜(Ag/AgI)的高性能空芯红外光纤.分析了绿色导航光和红外激光同时低损耗传输的光纤结构参量.长度1 m、内直径0.7 mm的Ag/AgI空芯光纤不仅在红外有低损耗传输特性,而且首次在波长530 nm处获得了7 dB/m的低传输损耗特性.满足可见光作为导航光的同轴传输要求.通过分析和改进实验工艺参量,有效降低Ag和AgI薄膜的表面粗糙度.给出了高性能Ag/AgI空芯光纤的介质镀膜的具体工艺参量.