小尺度波纹对KDP光学元件透射比的影响

高精度KDP晶体是惯性约束核聚变光路系统中的重要元件,而已加工表面的小尺度波纹对光学元件的透射比有着重要影响。采用傅里叶模方法理论分析了表面小尺度波纹的幅值及周期对KDP光学元件透射比的影响。研究结果表明,当小尺度波纹幅值小于100 nm时,透射比随波纹幅值的增加基本呈线性增长,波纹幅值每提高10 nm.透射比可提高近0.5%;透射比随着小尺度波纹周期的增加围绕中心透射比上下浮动,透射比振幅基本保持不变.且中心透射比及透射比振幅均随着小尺度波纹幅值的增加而增大;小尺度波纹周期在10.5～12μm区间内时透射比明显很低,需采取措施避免小尺度波纹的周期出现在此区间。对KDP晶体进行了加工、表面形貌检测及透射比检测的实验,实验结果与理论计算结果基本吻合。     

KDP晶体增透膜和保护膜性能研究

 报道了溶胶－凝胶工艺制备的KDP晶体保护膜、增透膜和它们的性能 。多孔二氧化硅增透膜峰值透射率大于99%,膜层折射率约1.23。对1.06μm,脉宽约1ns的激光,单层膜的激光破坏阈值约10J/cm²左右,有保护膜和增透膜的膜层激光破坏阈值约5～8J/cm²。     

聚乙烯醇/二氧化硅复合增透膜的制备和可清除性

 用溶胶-凝胶法制备了易清洗的聚乙烯醇/二氧化硅(PVA/SiO₂)复合增透膜。先在K9玻璃基片上镀制PVA薄膜,然后在PVA薄膜上镀上二氧化硅增透膜。用紫外可见光分光光度计、椭偏仪、光学显微镜、扫描探针显微镜和静滴接触角测量仪分别分析了膜层和基片的透射率、膜层厚度和折射率、表面形貌、水接触角等性质,用去离子水作溶剂对复合膜层进行清洗。结果表明：聚乙烯醇/二氧化硅复合增透膜峰值透射率达到99.8％,峰值透射率位置可以随SiO₂厚度而调节。复合膜层能够被热水清除,清除后基片完好,其透射率、表面形貌和水接触角与镀膜前一致。     

KDP晶体单点金刚石车削表面形貌分形分析

 分别使用2维和3维分形方法对单点金刚石车削加工的KDP晶体表面形貌进行了分析，并对表面的3维分形维数和3维粗糙度表征参数进行了比较，分析了二者对表面形貌表征的差异。使用2维轮廓分形方法计算了KDP晶体表面圆周各方向上的分形维数。通过分析得出：3维分形维数与表面粗糙度值成反比关系；使用单点金刚石车削方法加工KDP晶体会形成各向异性特征明显的已加工表面，在一定程度上容易形成小尺度波纹；已加工表面是否具有明显的小尺度波纹特征与表面粗糙度值并无直接关系，但与其表面轮廓分形状态分布密切相关；KDP晶体表面2维功率谱密度与其分形状态具有相近的方向性特征。     

多层增透薄膜透射特性仿真分析

基于多层薄膜的组成特性,建立了可见光波段以氧化铪和二氧化硅为高、低折射率材料的多层增透膜模型,计算机仿真结果表明:当膜层为单层膜时,其中心透射率为17.31%,通带宽度为102nm;而当膜层增至十一层和二十一层时,其中心透射率分别达到了99.30%和99.99%,但其通带宽度却分别下降至57.1nm和50.2nm.研究表明:随着膜层的不断增加,膜系的透射率也在逐渐增加,且透射率增加的趋势随着膜层数增加而变缓,峰值透射波长缓慢减小,通带半宽度也逐渐变小.     

一维光子晶体的有效折射率

本文针对有限周期的一维光子晶体引入了有效折射率的概念.利用传输矩阵的方法计算了光子晶体的复透射系数,在此基础上进一步得到了有效折射率的解析表达式.考虑到光子晶体的特殊空间结构及其存在光子禁带的特性,进而探讨了光子晶体带隙结构的特征及其有效折射率与光子晶体单层材料的折射率、光学厚度、物理厚度和中心波长的关系.研究发现组成单层材料的两种介质的折射率的比值和单层材料的物理厚度影响有效折射率的振荡幅度,单层材料的光学厚度影响有效折射率的振荡周期.中心波长对有效折射率无影响.     

硅基薄膜太阳电池一维光子晶体背反射器的模拟设计与制备

从模拟和实验两个方面研究了一种适用于硅基薄膜太阳电池的一维光子晶体新型背反射器.首先采用时域有限差分方法,模拟研究了组成一维光子晶体的两种介质的折射率比、厚度比以及周期厚度对光子禁带的影响.基于模拟结果,制备出一种由低折射率SiOx层与高折射率非晶硅a-Si层周期性交叠构成的禁带可调式一维光子晶体背反射器.通过改变a-Si层的厚度,使得禁带范围由500—750 nm波长范围红移至650—1100 nm,反射率分别达到96.4%和99%.将上述结构的一维光子晶体作为背反射器分别应用于非晶硅单结太阳电池和非晶硅/微晶硅双结叠层太阳电池,与没有背反射结构电池相比,短路电流密度分别提升了18.3%和15.2%.同时模拟研究了在不同入射角度下自然光、TE波和TM波对光子晶体反射特性的影响.研究结果表明,在太阳电池中,光线倾斜入射对一维光子晶体反射率的影响有限.     

溶胶—凝胶工艺提拉法制备二氧化硅增透膜

采用溶胶-凝胶工艺用提拉法在石英基片上制备了具有优良的光学特性、高激光损伤阈值和均匀性良好的多孔二氧化硅单层增透膜和“有机硅-SiO₂”双层增透膜系.考察了提拉速率对透射特性的影响,并比较了提拉法和液面下降法对所制备膜层的厚度的影响.透射光谱测量表明,在钕玻璃高功率激光的基频(1060nm)、倍频和三倍频等重要激光波长处均得到较为理想的增透,透射率达到99%以上.     

硒化锌基底2～16μm超宽带硬质红外增透膜的研制

硒化锌材料具有较宽的透光区,使其在红外区有着广泛的应用,然而其作为基底,镀制超宽带增透膜却有相当大的难度,尤其是膜层强度问题。设计出了硒化锌基底上2～16μm的多层超宽带增透膜,并采用离子束辅助沉积工艺在硒化锌基底上进行了多次实验,并对所使用的氟化钇(YF_3)和硒化锌膜料进行了分析,发现YF_3在3400和1640 cm~(-1)两个波数处的吸收峰。通过将低折射率层改为氟化钡和氟化钇的组合层后,在硒化锌基底上成功镀制出了多层宽带增透膜并采用脉冲电弧离子镀技术在多层薄膜的表面镀制了一定厚度的类金刚石(DLC)薄膜,增强了膜层的强度。最终使硒化锌基底上镀制的超宽带增透膜在2～16μm范围内的平均透射比大于93%,峰值透射比大于97%,并且膜层的强度较好。     

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

 设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后，通过传输矩阵法的数值计算，发现采用前后不对称的周期结构并调节参数，可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰，因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外，在以高低两种折射率的介质交替分布，并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期，然后进行周期重复构成的光子晶体中，利用通道数等于复周期数减1的规律，并配合各层厚度的调节，设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器，各通道透过峰的透射率均接近100%，由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。     

SiO_2光学增透膜的制备及光学性能

在碱催化体系中以正硅酸乙酯 (TEOS)为前驱体制得SiO2 溶胶 ,采用旋转镀膜法 (spin coating)制备SiO2 光学增透膜。研究了在不同制备条件下对膜层光学性质的影响 ,推算了膜层的折射率及厚度 ,并由此给出膜层孔隙率以及膜层的厚度与转速的关系     

Plasmon based antireflection coatings containing nanostructured Ag and silica medium

The transmittance and scattering of the antireflection (AR) coatings based on nanostructured Ag and silica medium were enhanced by the exploitation of the localized surface plasmon resonance (LSPR). The transmittance and scattering values of AR coatings are relative to the annealing temperature, Ag concentration and thickness of AR coatings. The transmittance values of 95.7% and 97.2% of AR coatings with 0.10 wt.% Ag and annealed at 400 °C were obtained in the visible wavelength for a single-side and double-side coated glass slides, respectively. The enhanced transmittance and scattering of the AR coatings are primarily attributable to the large forward scattering of nanostructured Ag and the lesser refractive indices of Ag/SiO₂ coatings.     

SiO_2单层膜的反常色散研究

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因,并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明,理论分析与实验结果一致,沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致,表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大,等效折射率随波长增加的趋势就越大,薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.     

Fabrication of broadband antireflection coatings using broadband optical monitoring mixed with time monitoring

Multi-layer optical coatings with complex spectrum requirements, such as multi-band pass filters, notch filters, and ultra-broadband antireflection coating, which usually contain very thin layers and sensitive layers, are difficult to be fabricated using a quartz crystal monitoring method or a single wavelength optical monitoring system(SWLOMS). In this paper, a broadband antireflection(AR) coating applied in the wavelength range from 800 nm to 1800 nm was designed and deposited by ion beam sputtering(IBS). Ta_2O_5 and Si O_2 were chosen as high and low refractive index coating materials,respectively. The optimized coating structure contains 9 non-quarter-wave(QW) layers totally with ultra-thin layers and sensitive layers in this coating stack. In order to obtain high transmittance, it is very important to realize the thickness accurate control on these thin layers and sensitive layers. A broadband optical monitoring mixed with time monitoring strategy was successfully used to control the layer thickness during the deposition process. At last, the measured transmittance of AR coating is quite close to the theoretical value. A 0.6% variation in short wavelength edge across the central 180 mm diameter is demonstrated. A spectrum shift of less than 0.5% for 2 continuous runs is also presented.     

常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

在常压百级洁净度环境下,采用三种不同折射率的SiO₂溶胶在熔石英基底上涂制四种不同薄膜,利用光学理论计算模拟了三种胶体涂制的膜层稳定性,通过实验考查了膜层光学指标随时间的变化规律。SiO₂薄膜能够显著提升光学元件透射率,但由于膜层表面的大量羟基及其多孔结构,SiO₂薄膜易吸附周围环境中的有机污染物及水分填充膜层孔隙,从而导致膜层折射率发生变化,影响膜层透射率、反射率等光学性能。实验结果发现,三种溶胶凝胶化学膜在常压百级环境中的有效期为80 d(绝对变化率小于0.1%),且三种胶体涂制的膜层稳定性由高到低依次为折射率1.19, 1.15, 1.25的膜层。     

Calculation of optical constant of amorphous germanium arsenoselenide wedge-shaped thin films from their shrunk transmittance and reflectance spectra

The optical transmittance spectrum is influenced by inhomogeneities in germanium arsenoselenide thin films. The non-uniformity of thickness, found under the present deposition conditions, gives rise to a clear shrinking of the interference fringes of the transmittance spectrum at normal incidence. Inaccuracies and even serious errors occur if the refractive index and film thickness are calculated from such a shrunken transmittance spectrum, under the unrealistic assumption that the film is uniform. The analytical expressions proposed by Swanepoel [J. Phys. E. Sci. Instrum. 17 (1984) 896] enabled derivation of the refractive index and film thickness of a wedge-shaped thin film from its shrunk transmittance spectrum. This method was applied in this study making it possible to derive the refractive index and average thickness to an accuracy better than 1%. Dispersion of the refractive index is discussed in terms of the single-oscillator Wemple–DiDomenico model [Phys. Rev. B 3 (1971) 1338]. The absorption coefficient and, thus the extinction coefficient, can be calculated from transmittance and reflectance spectra in the strong absorption region. The optical energy gap is derived from Tauc's extrapolation [Amorphous and Liquid Semiconductor (Plenum Press, New York, 1974)]. The relationship between the optical gap and chemical composition in the Ge _x As_{30– x} Se₇₀ (with 0 ≤ x ≤ 30) amorphous system is discussed in terms of the chemical bond approach and cohesive energy.     

新型溶胶-凝胶二氧化硅微孔增透膜的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为前驱体,二甲基二乙氧基硅烷为造孔剂,采用溶胶凝胶技术在酸催化条件下制备了二氧化硅溶胶;采用提拉法在K9玻璃基片上双面镀膜,经500 ℃热处理,制备得到一种新型单层微孔二氧化硅增透膜。通过改变造孔剂加入量,膜层峰值透过率可达到99.7％,而硬度仍保持在2H以上,同时具有良好的耐摩擦性及粘附性。加速腐蚀实验表明,膜层的环境稳定性是常规膜层的10倍以上。由于该新型增透膜兼具高透过率、良好的机械性能以及很强的环境稳定性,因而在改善太阳能玻璃增透性能方面有极大的应用价值。     

Electrical and optical properties of Si-doped indium tin oxides as transparent electrode and anti-reflection coating for solar cells

We have studied the electrical and optical properties of Si-doped indium tin oxides (ITSOs) as transparent electrodes and anti-reflection coatings for Si-based solar cells. The ITSO thin films were obtained by co-sputtering of ITO and SiO₂ targets under target power control. The resistivity of the ITSO thin films deposited at 0.625 in terms of power ratio (ITO/SiO₂) were 391 Ωcm. In this condition, the ITSO thin films showed very high resistivity compared to sputted pure ITO thin films (1.08 × 10⁻³ Ωcm). However, refractive index of ITSO thin films deposited at the same condition at 500 nm is somewhat lowered to 1.97 compared to ITO thin films (2.06). The fabricated graded refractive index AR coatings using ITO, ITSO, and SiO₂ thin films kept over 80% of transmittance regardless of their thickness varing from 97 nm to 1196 nm because of their low extinction coefficient. As the AR coating with graded refractive indices using ITO, ITSO, and SiO₂ layers was applied to general silicon-based solar cell, the current level increased nearly twice more than that of bare silicon solar cell without AR coating.     

工字形太赫兹超材料吸波体的传感特性研究

利用超材料吸波体对材料参数的电磁响应, 可将其应用于传感. 本文设计了一种工字形单元结构的超材料吸波体, 基于频域算法对其在太赫兹频段的传感特性进行数值模拟, 研究了待测样品折射率、厚度及电介质隔层厚度对超材料吸波体传感器的频率灵敏度、振幅灵敏度及品质因数的影响. 研究结果表明:当待测样品厚度为40 μm时, 折射率频率灵敏度可达到153.17 GHz/RIU, 折射率振幅灵敏度可达到41.37%/RIU; 待测样品折射率一定时, 厚度频率灵敏度随其厚度的增大而线性减小; 随着待测样品厚度的增加, RFOM呈增大趋势, 但增大幅度在逐渐减小; TFOM随待测样品厚度的增加而减小.     

格兰-汤普森棱镜胶合层的膜效应分析

将格兰-汤普森棱镜两半块之间的光学胶合层作为一层薄膜，利用薄膜光学理论，分析了胶合层对棱镜透射比的影响。通过研究胶合层的厚度以及光学胶折射率对入射光在胶合界面上反射率的影响，得出了s偏振光经过格兰-汤普森棱镜后的透射比。结果表明：胶合层的厚度以及光学胶折射率对棱镜的透射比均有影响，且厚度对棱镜透射比的影响呈现周期性变化；而光学胶折射率则对透射比的振荡幅度产生影响。以长度孔径比为3的格兰-汤普森棱镜为例，光学胶折射率为1．510时，棱镜的透射比在92．5％～90．8％之间振荡；光学胶的折射率在接近e光主折射率1．475～1．495之间取值时，棱镜透射比的振荡幅度较小。这一结果有利于对格兰-汤普森棱镜性能的优化。