SiC光学材料亚表面缺陷的光热辐射检测

SiC以优异的物理性能和良好的工艺性能,逐渐成为大型空间成像光学系统主镜的首选轻量化光学材料. SiC镜坯制备及加工过程中引入的亚表面缺陷会严重影响最终的镜面质量以及光学系统的成像品质.针对SiC材料亚表面缺陷的检测问题,本文采用光热辐射技术进行分析:分别建立均匀样品的单层理论模型和含空气层缺陷的三层理论模型,用于计算无缺陷和存在缺陷区域的光热辐射信号.通过对三层理论模型信号的相位仿真分析,提出利用相位差-频率曲线的特征频率估算缺陷深度的经验公式;利用光热辐射装置测量存在亚表面缺陷的SiC样品,分析缺陷区域的光热辐射信号分布,利用经验公式计算缺陷深度,并与缺陷实际深度分布进行对比分析.实验与计算结果显示,光热辐射技术能有效探测SiC镜坯的亚表面缺陷及其形貌,并且对于界面与样品相对平行且较为平缓的亚表面缺陷,其缺陷深度可通过经验公式准确确定.     

微透镜阵列光学相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵光束扫描技术在激光雷达、空间光通信和光开关等领域拥有巨大的应用潜力。微透镜阵列光学相控阵可以通过微透镜阵列间μm量级的相对位移同时对多个出射光束的二维倾斜相位进行调制,从而实现大角度二维光束扫描,具有出射口径大、结构简单、体积小、微惯性、多功能等优点。首先介绍了微透镜阵列光学相控阵的扫描原理,之后对微透镜阵列光学相控阵国内外的发展现状、应用和现阶段存在的问题进行了阐述,最后对微透镜阵列光学相控阵的发展趋势进行了展望。     

基于光腔衰荡光谱技术的压力计校准方法

压强是工业生产过程中的一个重要参数，其准确测量是过程控制的关键。气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、气压等因素，利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应，可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息，实现压力计校准。提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。采用5.2 μm可调谐量子级联激光器，基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。室温下，测量水汽在1 877 cm-1附近的一吸收谱线，线宽为0.084 21 cm-1，重复性测量误差小于1.53×10-4 cm-1，对应的压强大小为98.12 kPa，检测灵敏度优于0.18 kPa，与高精度压力计读数98.14 kPa一致。利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965) cm-1·atm-1，与HITARN数据库参考值0.087 1 cm-1·atm-1一致。实验校准了一小量程压力计。结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。     

Geometry optimization in planetary rotation stage for thickness uniformity of films on spherical substrates

We report the simulation results on the thickness uniformity of optical coatings deposited on spherical substrates by optimizing the geometric configuration parameters, such as tilting angle of the substrate holder and position of the evaporation source in a 1 000-mm-diameter planetary rotation stage （PRS）. We reveal that good film uniformity on convex spherical surfaces or flat substrates, as well as concave surfaces with weak to moderate curvatures can be obtained through appropriate tilting of the substrate holder. For 300-mm-diameter substrates with clear aperture to radius of curvature （CA/RoC） between 0.3 and 0.7, the achievable film uniformity is above 99%. The source position is optimized to achieve good film uniformity.     

光学元件失调对光腔衰荡高反射率测量影响的理论分析

在利用光反馈光腔衰荡技术测量大口径光学元件反射率及其均匀性分布时,需要对光学元件进行二维扫描测量,而在扫描过程中光学元件的倾斜失调将对测量结果造成影响.本文根据失调谐振腔光束传输增广矩阵,通过数值运算模拟了在对称共焦腔和一般稳定腔情况下,光反馈衰荡腔结构中由样品倾斜失调引起的输出腔镜上光斑中心位置变化以及对反射率测量的...     

半导体特性的调制自由载流子吸收变距频率扫描方法研究

根据调制自由载流子吸收（modulated free carrier absorption，MFCA）检测技术的三维理论模型，采用变间距频率扫描方式测量单晶硅样品的电子输运参数，进行了仿真与实验，对结果进行了分析；通过多参数拟合，获取了测试样品的载流子扩散系数、少数载流子寿命和前表面复合速度.仿真与实验都表明，变间距频率扫描结合多参数拟合，可以提高输运参数的测量精度. 关键词： 调制自由载流子吸收 电子输运参数 变间距频率扫描 多参数拟合     

调制自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的三维理论

推导出用于测量半导体载流子输运特性(载流子寿命、载流子扩散系数和前表面复合速度)的调制自由载流子吸收(modulated free carrier absorption, MFCA)检测技术的三维理论模型，给出了调制自由载流子吸收检测信号与调制频率和抽运-探测光相对距离的关系.定性分析了在不同调制频率时各个载流子输运参数对径向位置扫描曲线(信号与两束光相对距离的关系)的影响，结果表明调制自由载流子吸收检测信号对各个参数的灵敏度随抽运-探测光相对距离的增加而增加.仿真和实验结果表明，通过拟合不同调制频率时调 关键词： 调制自由载流子吸收 载流子输运特性 径向位置扫描     

光学薄膜样品的温度场和形变场分析

通过积分变换理论上求解了光学薄膜样品在脉冲或方波调制激励光作用下的热传导方程和热弹方程，从而获得了样品在瞬态和稳态情况下对应的温度场和形变场.为验证所求解，将理论解析解的计算机模拟结果与有限元的分析结果在时域和空间域进行了比较，两结果获得了较好的一致性；同时讨论了温度，热变形随激励光的调制频率、光斑半径等参数的变化.讨论了此模型在测量光学薄膜样品吸收损耗和表面热变形中的应用. 关键词： 温度场 形变场 表面热透镜 有限元     

方波调制时的光热光束偏转理论

本文叙述了加热光束光强以方波调制时的光热光束偏转理论,讨论了偏转信号值与加热光功率、光斑半径,两光点的相对位置及调制频率等的关系并与实验结果比较,其结果是定性一致的.     

光学薄膜测量时平顶光束激励的表面热透镜理论模型

推导了调制的平顶光束激励下基于Fresnel衍射积分的表面热透镜理论，通过数值模拟，比较了平顶光束和高斯光束激励下样品内部温度场、表面形变场和探测光衍射信号的径向分布，分析了影响表面热透镜信号的实验参数.结果表明，在最佳探测位置，平顶光束激励下的表面热透镜系统比相同情况下高斯光束激励下的灵敏度高，最高时约2倍，更有利于薄膜吸收测量. 关键词： 表面热透镜 光学薄膜 平顶光束