光学薄膜界面互相关特性的确定

本文实验测量了光学薄膜的散射波场分布,根据多层光学薄膜的矢量散射理论,确定了膜层界面的互相关特性.当空间频率较低时,对于膜层层数较少的膜系,膜堆内的各界面是完全相关的;若空间频率较高,则逐渐趋于部分相关模型.实验指出,膜层界面的互相关特性亦与所采用的蒸发技术有关.     

椭偏光散射分析类金刚石薄膜的散射特性

 基于光学薄膜反射椭偏法的测量原理,对光学薄膜散射椭偏特性进行了研究。给出了光学薄膜散射逆问题的解决方法,并对不同脉冲频率下采用脉冲真空电弧离子镀技术沉积的类金刚石薄膜的散射特性进行了研究。分析了光学薄膜界面的相关特性以及膜层中局部缺陷对散射光椭偏特性的影响。结果表明:随着脉冲频率的增加,所沉积的类金刚石薄膜的相关性变差,且薄膜中的局部缺陷引起的体散射越明显。     

两种反射膜系的激光热力损伤特性

 在驻波场理论基础上，用表面和界面强吸收理论模型，计算出了激光辐照下两种不同反射膜系中温度场的“多峰”分布特性，分析了激光对薄膜的热力损伤特性、主要破坏模式和阈值条件。结果表明，光学薄膜对激光能量的吸收，主要由驻波场分布及膜层的消光系数决定；膜系表面的杂质吸附层和界面吸收层是膜系的主要能量沉积区，从而在这些界面形成温度场的“多峰”分布，界面因此成为最容易受激光损伤的部分。导致光学薄膜激光损伤的主要模式为膜层熔融和脱落两种。如果膜层中含有杂质，则容易诱导杂质处膜层剥落破坏。     

用物理声学方法计算界面附近目标的回波

用物理声学（KIRCHHOFF近似）方法研究界面附近目标的声散射。导出了计算形态函数或目标强度的积分表示式．所产生的散射场由三部分组成：（1）不存在界面时目标的散射场;（2）入射或散射波之一经受界面反射时的散射场,如同双站散射场;（3）目标相对于界面的镜象产生的散射场,其中入射和散射波都经受界面反射．对于一个自由界面下的刚硬球,数值比较说明本文的方法与严格的解析方法符合良好．本文提供了一种计算沉浸在海面下或躺在海底上的水下目标的回波计算方法．     

基于行波分离和角度域衰减的地震波叠前逆时成像条件

为提高陡倾角复杂构造区地震波逆时成像质量,提出一种逆时偏移成像条件.以二维模型为例,采用波印廷矢量实现方向行波的波场分离和地层反射角度的计算,将炮点和检波点的上行波场和下行波场、左行波场和右行波场两两作互相关计算,去除形成逆时偏移噪声的分量,同时将反射角度的余弦函数作为权函数引入互相关逆时成像条件中,进一步实现角度域逆时噪声的衰减.研究表明,炮点和检波点相反传播方向波场的互相关计算是形成偏移噪声的主要原因,相同传播方向的行波波场两两作互相关成像并组合叠加,可以在有效压制偏移噪声的同时,保持对陡倾角和水平界面的成像能力,再在角度域实现逆时噪声衰减,进一步提高逆时成像质量,实际地震资料验证了方法的有效性.所提的逆时成像条件可为复杂构造区高精度逆时成像提供重要的方法指导.     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法.理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数.结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80 nm后,两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓.实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80~160 nm之间.     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法．理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数．结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80nm后．两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓．实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80～160nm之间．     

平面上方二维介质目标对高斯波束的电磁散射研究

基于矩量法、互易性定理及镜像理论,提出了一种新的混合方法用于研究水平分界面上方二维介质目标对垂直入射高斯波束的差值散射场.应用镜像理论,介质水平分界面可被原始目标相对于该分界面的镜像目标所替代,从而给出散射问题的等效模型.在等效模型中,应用矩量法求解了原始目标及镜像目标对高斯波束的散射场,同时结合互易性定理得到了原目标与其镜像目标之间的耦合散射场.数值计算结果与相关文献方法及MoM所得结果进行了比较,验证了该混合方法的有效性. 关键词： 互易性定理 电磁散射 高斯波束 二维目标     

有限声波束在Rayleigh角附近从平面液-固界面上散射的新的统一理论

分析有限声波束从平面液-固界面上散射的困难主要发生在平面波反射系数的处理上。本文应用奇异点展开法将反射系数在Rayleigh极点附近展开成一个解析函数(其值为1)和Laurent展开式之和。散射场的计算用波数和界面两个变量的双重积分来进行,常数1产生刚性界面的几何散射波,Rayleigh极点展开项导致Rayleigh泄漏波。本文特别证明,对于大多数液-固界面,极点的留数近似地正比于极点的虚部。因此,根据复极点的值可以确定Rayleigh泄漏波的整个特性,包括激发和再辐射效率。对于反向散射场,既然负Rayleigh极点起作用,自然地出现反向Rayleigh泄漏波。     

北极冰下双轴声道传播特性研究

本文利用第六次北极科学考察的所得的楚科奇海温盐深数据,开展了北极海域声传播特性研究。通过引入Diachok海冰散射模型,将海冰界面模拟为无限椭圆形半圆柱体在自由界面的随机分布,利用Twersky散射理论计算了海冰的反射系数。使用简正波中的KRAKENC模型,结合海冰参数,进行了传播损失仿真分析。研究表明,北极的双声道波导中表面声道的传播特性与声源频率和收发深度紧密相关。深海声道与北极典型声速结构的传播特性一致,具有频率选择特性,在20 Hz左右时传播特性较为理想。此外,在远程传播时,深海声道的传播特性要优于表面声道。     

微粗糙基底上多层涂层光散射偏振建模与特性研究

为满足多层涂层目标的偏振探测需求,基于一阶矢量扰动理论,结合偏振传输矩阵,建立微粗糙基底上多层涂层的光散射偏振双向反射分布函数模型,研究多因素影响下两种典型涂层目标,单层减反射涂层和多层高反射涂层的光散射偏振特性,结果表明单层减反射涂层目标的偏振度受观测位置影响,峰值左侧的偏振度较之裸基底增大,右侧反之,探测不同观测角下的偏振度可区分无涂层和涂层目标。不同观测角和入射波长下,多层高反射涂层目标的偏振度与涂层层数和涂层光学厚度显著相关,层数增加,多层涂层在镜反射附近具有去偏作用。仿真结果符合测量数据,验证了多涂层目标散射偏振模型的正确性与合理性,为实现多涂层目标偏振探测和反射隐身技术提供理论依据。     

Investigation of interface roughness cross-correlation properties of optical thin films from total scattering losses

The interface roughness and interface roughness cross-correlation properties affect the scattering losses of high-quality optical thin films. In this paper, the theoretical models of light scattering induced by surface and interface roughness of optical thin films are concisely presented. Furthermore, influence of interface roughness cross-correlation properties to light scattering is analyzed by total scattering losses. Moreover, single-layer TiO₂ thin film thickness, substrate roughness of K9 glass and ion beam assisted deposition (IBAD) technique effect on interface roughness cross-correlation properties are studied by experiments, respectively. A 17-layer dielectric quarter-wave high reflection multilayer is analyzed by total scattering losses. The results show that the interface roughness cross-correlation properties depend on TiO₂ thin film thickness, substrate roughness and deposition technique. The interface roughness cross-correlation properties decrease with the increase of film thickness or the decrease of substrates roughness. Furthermore, ion beam assisted deposition technique can increase the interface roughness cross-correlation properties of optical thin films. The measured total scattering losses of 17-layer dielectric quarter-wave high reflection multilayer deposited with IBAD indicate that completely correlated interface model can be observed, when substrate roughness is about 2.84 nm.     

Measurement of roughness of two interfaces of a dielectric film by scattering ellipsometry

The polarization of light scattered by oxide films thermally grown on photolithographically generated microrough silicon surfaces was measured as functions of scattering angle. Using the predictions of first-order vector perturbation theory for scattering from interfacial roughness to interpret the results, the roughness of each interface and the correlation function between the two interfaces can be determined. The results show the spatial frequency dependence of the SiO (2)/Si interface smoothening.     

He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力,测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO₂/SiO₂反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较,具有较好的一致性。分析表明：He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。     

光学薄膜的分层界面散射模型

提出了一种计算光学介质膜系表面总积分散射(TIS)的理论模型。该模型认为,介质膜系粗糙的膜层界面和表面为微观结构不均匀的微薄过渡区;过渡区可用折射率为不同常量的层数足够多的均匀子层来代替,同时这些均匀子层的折射率变化满足指数函数的分布规律。利用矩阵法对积分散射的表达式进行了推导。对于电子束蒸发方法在K9玻璃上沉积的ZrO2单层膜,分层界面散射模型对积分散射的理论计算值要比非相关表面散射模型的计算值更加符合总积分散射仪的实验测量结果。     

Small-angle light scattering symmetry breaking in polymer-dispersed liquid crystal films with inhomogeneous electrically controlled interface anchoring

We have described the method of analyzing and reporting on the results of calculation of the small-angle structure of radiation scattered by a polymer-dispersed liquid crystal film with electrically controlled interfacial anchoring. The method is based on the interference approximation of the wave scattering theory and the hard disk model. Scattering from an individual liquid crystal droplet has been described using the anomalous diffraction approximation extended to the case of droplets with uniform and nonuniform interface anchoring at the droplet–polymer boundary. The director field structure in an individual droplet is determined from the solution of the problem of minimizing the volume density of the free energy. The electrooptical effect of symmetry breaking in the angular distribution of scattered radiation has been analyzed. This effect means that the intensities of radiation scattered within angles +θ _s and–θ _s relative to the direction of illumination in the scattering plane can be different. The effect is of the interference origin and is associated with asymmetry of the phase shift of the wavefront of an incident wave from individual parts of the droplet, which appears due to asymmetry of the director field structure in the droplet, caused by nonuniform anchoring of liquid crystal molecules with the polymer on its surface. This effect is analyzed in the case of normal illumination of the film depending on the interfacial anchoring at the liquid crystal–polymer interface, the orientation of the optical axes of droplets, their concentration, sizes, anisometry, and polydispersity.     

Application of longitudinal generalized magneto-optical ellipsometry in magnetic ultrathin films

The longitudinal generalized magneto-optical ellipsometry(GME) method is extended to the measurement of threelayer ultrathin magnetic films. In this work, the theory of the reflection matrix is introduced into the GME measurement to obtain the reflective matrix parameters of ultrathin multilayer magnetic films with different thicknesses. After that, a spectroscopic ellipsometry is used to determine the optical parameter and the thickness of every layer of these samples, then the magneto-optical coupling constant of the multilayer magnetic ultrathin film can be obtained. After measurements of a series of ultrathin Fe films, the results show that the magneto-optical coupling constant Q is independent of the thickness of the magnetic film. The magneto-optical Kerr rotations and ellipticity are measured to confirm the validity of this experiment. Combined with the optical constants and the Q constant, the Kerr rotations and ellipticity are calculated in theory. The results show that the theoretical curve fits very well with the experimental data.     

基底上覆分层薄膜超声Scholte波特性与薄膜定征

分层薄膜-基底结构广泛应用于微电子器件等诸多领域,但薄膜材料参数超声测量尤其是横波速度的定征是一个困难的问题。本文对液固界面Scholte界面波的频散特性和脉冲激励的声压响应进行了理论分析。结果表明,液固界面Scholte波频散与分层膜-基底结构的速度分布密切相关。薄膜材料各层的厚度和横波速度对界面波频散特性有显著影响。基于Scholte界面波的频散特性,提出了一种多层膜的多参数反演定征方法。首先针对理论信号进行薄膜参数反演,验证了该方法的可行性。后续对不同类型的多层膜材料样品进行了液固界面波激发与采集实验,实验信号的薄膜参数反演结果进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

极紫外、X射线和中子薄膜光学元件与系统

极紫外、X射线和中子光学为现代科学的发展提供了高精度的观测手段,但这些手段的实现需要大量高性能薄膜光学元件和系统的支撑。由于短波长和材料光学常数的限制,短波光学元件的结构、性能和制作技术明显区别于长波光学元件。近二十年来,同济大学精密光学工程技术研究所建立了以短波反射镜为基底的精密加工检测平台,发展了超薄薄膜界面生长调控方法和大尺寸薄膜镀制技术,提出了高效率/高分辨率多层膜微纳结构的衍射理论和制备方法,初步阐明了短波辐照损伤的物理机制,形成了短波薄膜和晶体聚焦成像系统的高精度全流程研制技术,并将该技术成功应用于国内和国际短波光子大科学装置中。本文简要介绍本课题组在上述短波元件和系统领域中的研究进展。