深紫外大口径非球面反射膜的均匀性研究

膜厚均匀性作为高精度光学薄膜的重要参数,对光学薄膜的性能起到至关重要的作用,特别是大尺寸高精度反射膜,对膜厚均匀性的要求极高。本文通过研究蒸发源的发射特性与膜厚分布,结合Mathcad软件建立精准数学及物理模型,编写自动程序,模拟修正挡板形状,极大地提高了薄膜制备均匀性修正的效率与准确性。通过该方法,在公自转行星蒸发沉积设备上制备了直径为320 mm的非球面深紫外反射镜,在紫外(240～300 nm)波段平均反射率大于97.5%,均匀性优于0.5%。本研究对大口径非球面薄膜的均匀性修正提供了理论基础与技术支撑。     

新型等高仪转台运动控制系统设计

新型等高仪是一种具有特殊应用功能的高精度天体测量望远镜。在简要介绍新型等高仪及其转台运动控制系统的要求后,提出了仪器转台运动控制系统的总体设计方案。以可编程多轴运动控制器(PMAC)为核心,构建了仪器转台运动控制系统硬件,并开发了相关的控制软件。介绍了该仪器转台运动控制系统的主要硬件模块、系统配置、控制系统PID参数整定和调节方法、运动控制系统上位机和下位机的软件设计方法以及各功能的具体实现过程、系统测试和运行情况。     

铁电高分子共聚物薄膜样品真空制膜仪的设计与制作

设计与制作了铁电高分子共聚物薄膜样品真空制膜仪，该制膜仪操作简单，制膜方便，制备出的薄膜样品厚度均匀，膜厚可控制在30－40μm，可替代昂贵的机械静热压式或旋转悬浮式制膜仪。     

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。     

便携式多波段多光轴平行性检测仪设计

针对多波段多光轴观瞄仪对光轴平行性检测需求,提出便携式高精度光轴平行性检测仪设计方案。为了减小系统的体积,光学结构采用卡塞格林式准直系统,运用Zemax光学设计软件设计并优化了其光学及结构参数。采用ZnS玻璃作为分划板基底材料设计了多波段共光轴的综合靶标,并利用CCD的感光面作为激光光斑采集靶面,提高了便携性,检测仪器检校光轴一致性偏差在15以内。实验分析结果表明:设计方案满足观瞄仪的高精度校轴和野外快速测试的需求。     

多光轴校轴仪调校关键技术研究

针对多传感器光电系统存在的光轴平行性调校需求,介绍了一种光轴跨距较大的高精度校轴仪及其工作原理。该装置核心为卡赛格林系统,其主镜采用了一种新型粘接与光学定中心方案用于解决受力变形,实际变形结果验证了该方案的可行性。通过精确调校卡赛格林系统以及检测光路的光轴平行性,文中的校轴仪理论检测精度可达10以内,因此其配合大口径离轴反射式平行光管使用时,能实现对多传感器光电系统光轴平行性的高精度调校。     

类Ni稀土X光激光波段衰减膜的设计与研究

 对类Ni稀土X光激光波段衰减膜进行了设计,并根据设计结果,利用磁控溅射和旋转涂覆法分别制备了自支撑的Ag衰减膜和聚苯乙烯(C₈H₈)衰减膜。利用真空α能谱测厚仪和α-step100台阶仪分别对衰减膜的质量厚度和均匀性进行了测量,用Auger电子能谱(A ES)对Ag衰减膜进行了表面杂质分析。     

用磁控溅射法制备Cu薄膜的研究

采用磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Cu薄膜 ,应用台阶仪测量Cu膜的厚度 ,研究了薄膜的沉积速率与溅射功率的关系 ;用X射线衍射 (XRD)和扫描电镜Cu对薄膜进行了表征 ,研究了溅射功率对所制备薄膜的影响。制备出致密性和均匀性较好的Cu薄膜。     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95%时,计算得到薄膜的最大半径超过40mm.     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95％时,计算得到薄膜的最大半径超过40 mm.     

灵敏度控制思想在主动膜系设计中的快速实现算法

 基于斜入射薄膜制备实践中镀膜误差对光谱性能的严重退化影响的认识,提出了一种基于灵敏度控制思想的主动膜系设计方法。在深入分析了镀膜中膜层结构参数误差的分布规律的基础上,运用膜系光谱系数关于膜层参数的导数计算的解析模型,建立了膜系灵敏度的定量计算模型和快速实现算法。以一45°入射高精度消偏振增透膜的设计实验为例,探讨了灵敏度控制思想在膜系设计中的可行性、快速性和有效性。结果表明,这一新型设计方法不会显著增加程序时间消耗,能获得具有良好可镀制性能的薄膜,对于正入射和宽角度入射膜同样适用,而且可以避免昂贵的失败试镀和采样,有助于缩短新薄膜的生产周期,特别是对于高精度斜入射薄膜的重复性制备具有重要意义。     

基于时钟树机制的太赫兹人体安检采集系统研究

针对太赫兹人体安检仪对数据采集的精确性、实时性和同步性的要求,分析了采集系统的幅度非均匀误差、时钟抖动和采样触发抖动问题,提出了主动式太赫兹人体安检仪的采集系统结构.在确定采集系统时钟抖动允许范围下,设计了一种高精度可编程延时的时钟树网络结构,实现了七路同源、低抖动和相位一致的采样时钟、采样触发信号和同步时钟的输出.最...     

应用于激光外差辐射计的高精度太阳跟踪仪

报道了一套适用于激光外差辐射计的高精度太阳跟踪仪,为激光外差辐射计提供用以反演大气成分的柱浓度和垂直廓线的太阳光。太阳跟踪系统采用太阳运行轨迹跟踪与光电跟踪相结合的跟踪方式,具有精度高、全时空特点。测量了该太阳跟踪仪的跟踪精度,X和Y轴方向跟踪精度分别达到0.068°和0.06°,能够满足激光外差辐射计在大气和天文领域中对太阳光收集的要求。进而把太阳跟踪仪与实验室研制的激光外差辐射计集合起来,测量了3.5 μm附近的太阳光谱,得到了CH₄在整层大气中的吸收情况,为下一步反演整层大气中CH₄的柱浓度和垂直廓线奠定了基础。     

形位误差光电检测系统研究

简述了形位误差光电检测系统的结构和工作原理 ,为保证扫描速度均匀 ,利用激光特性而设计特殊的光学系统。为满足检测系统需要而设计了精密机械系统 ,伺服控制系统 ,电子学和计算机数字计算与数据处理系统 ,实现了高速、高效、高精度、非接触的自动检测。     

酸碱分步催化对溶胶-凝胶ZrO2膜光学性能的影响

 以丙醇锆作为前驱体,利用酸碱分步催化法制备了ZrO₂溶胶,用粒度仪检测胶体粒度;用N₂吸脱附表征凝胶的结构;采用旋转镀膜法在K9基片上镀制单层ZrO₂薄膜;用分光光度计和椭偏仪检测膜层的透过率、折射率及膜层厚度;用红外光谱仪检测胶体内部粒子间化学键状态。实验结果发现,在脉宽1 nm,波长1 064 nm时,采用此种胶体镀制的单层ZrO2膜层折射率达到1.74,单层膜损伤阈值为9.0 J/cm²,表明该方法集中了酸与碱两种催化方式的优点,一定程度上提高了膜层的光学性能。     

激光珩磨专用机床的运动控制研究

 以发动机气缸/活塞环摩擦副为具体研究对象,研制了一种新型激光珩磨设备。由于发动机汽缸套载重大,且形状不规则,故设备采用激光头既旋转又直线运动的运动方案。该设备在移动轴和转轴中分别安装有高精度光栅尺和高精度增量旋转编码器以提高运动控制系统的精度。为了使微凹腔沿圆周均匀分布,采用了小数分频原理,能够实现任意小数分频。通过对运动控制卡与自制的调Q控制卡的软件编程,实现了运动控制系统与激光系统的协同控制,用以在气缸表面加工出特定的微观形貌。加工方法采用的是“单脉冲同点间隔多次”的激光微加工新方法。利用该方法能够方便地加工出微观或宏观的形貌且能显著地减少激光加工所带来的负面热效应。     

HIRFL-CSR电子冷却装置高精度螺线管线圈制作及磁场测量

 采用特殊工艺制作了HIRFL-CSR电子冷却装置冷却段高精度螺线管线圈,两个产生反向磁场的线圈同轴、平行地放置在特制的测量装置上,高精度霍尔探头位于测量装置中心平面上,探头测量面与测量装置轴线重合,测量单个线圈磁场的横向分量,调节线圈几何轴相对于测量装置轴线的夹角,测得线圈磁轴的偏角小于1×10^-3。     

均匀软X射线多层膜制备方法研究

 介绍了基于速度调制技术的均匀软X射线多层膜制备方法，并采用该方法在直径为150mm的平面硅基板上制备出Mo/Si多层膜，其中心波长为13.5nm，膜厚空间非均匀性优于1％，较转盘匀速溅射方法制备的多层膜膜厚空间均匀性提高了近6倍。     

火焰水解淀积Si02膜的退火研究

本文采用火焰水解法在Si衬底上淀积了用于光波导下包层材料的SiO2膜，然后将其放入高温炉在空气中进行不同温度的退火处理。我们利用原子力量微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS），X射线衍射仪（XRD）及可变入射角椭圆偏振仪（VASE）对SiO2膜进行了测试分析。当退火温度达到1400℃时，SiO2膜致密均匀，适合用作波导的下包层。     

二氧化硅增透膜微观结构与激光损伤阈值的调控

采用溶胶-凝胶技术制备了二氧化硅增透膜,通过向溶胶中添加高分子聚乙烯醇缩丁醛（PVB）,调控胶体的粒径,进而控制膜层微观结构,研究膜层微观结构与激光损伤阈值的关系。纳米粒度仪和扫描探针显微镜测试表明:PVB加入溶胶后,控制了二氧化硅胶粒的生长,使二氧化硅胶粒生长更均匀,因而膜层的微观结构更均匀。当PVB质量分数为1%时,胶体粒径为15 nm,分散系数小于0.1。用该胶体镀膜,膜层均匀,表面粗糙度小于3.25 nm。并且PVB加入后增加了膜层胶粒间的黏附性,使得膜层强度增大。PVB加入使膜层的激光损伤阈值有所增加。当PVB的添加量为1%时,膜层的激光损失阈值从30.0 J/cm2增加到40.1 J/cm2。膜层激光损伤阈值的增加与膜层微观均匀性和物理强度的增加有关。