渐变折射率减反膜的设计及其全向性能

相比于传统的多层减反膜,渐变折射率减反膜有更好的减反性能。通过沉积折射率介于基底与空气且均匀变化的介质材料可以制备渐变折射率减反膜。选择的制备方法不同,会导致渐变折射率减反膜的结构不同,其减反效果也有所差异。通过数值模拟仿真,研究不同结构的渐变折射率减反膜在不同入射角时的减反效果,可得出渐变折射率减反膜的最优结构。最优结构的渐变折射率减反膜当入射角为0°~45°时对可见光的反射率在0.6%以下,当入射角为75°时反射率低于15.5%。     

双波段宽带减反膜的研究

根据电视/红外双色制导的要求,研制了锗酸盐基底上的双波段宽带减反膜。其膜系设计采用二氧化钛和二氧化硅分别作为高、低折射率膜料的13层膜堆,镀制的膜层满足环境稳定性标准。在0.56~0.75μm波长范围内,双面镀膜后的平均透过率大于98%,单面平均剩余反射率不超过0.5%;在3.6~4.8μm波长范围内,双面镀膜后的平均透过率至少可达到85%,单面平均剩余反射率不超过1.5%。     

近红外车载激光雷达高耐磨双层减反膜

工作波长为905 nm的激光雷达在汽车自动驾驶领域具有强大的应用前景,但工业常用的磁控溅射减反膜,作为其光学窗口表面涂层之一,存在耐磨性不足问题,难以适应恶劣户外环境。采用溶胶凝胶法结合高温固化工艺,为工作波长为905 nm的车载激光雷达减反膜提供高耐磨、低成本的解决方案,并研究了固化温度、盐酸浓度、络合剂存在且低酸浓度下的含水量对TiO2折射率的影响。从反射率、粗糙度、硬度、耐磨性等方面对采用不同底层固化方式的双层减反膜的光学性能和机械性能进行评估,结果表明：当入射光波长为905 nm时,薄膜表现出优良的减反性能,入射角为15°时反射率小于1%,入射角为60°时反射率小于5%,粗糙度最低为0.005μm,基本满足水平视角120°的激光雷达的光学需求。薄膜铅笔硬度达8H,最多能够承受8 000次往复摩擦且无明显损伤,具有优良的适应恶劣环境的能力。     

紫外激光SiO2减反膜的制备

介绍溶胶－凝胶制备ＳｉＯ２减反膜的溶液配制，基片清洗和膜层制备过程，利用正硅酸乙酯的碱性催化水解，通过浸入移液法在石英透镜的表面涂敷一层多孔ＳｉＯ２减反膜，涂膜后石英透镜的透过率在３５０ｎｍ波长处达到９８．０％以上。     

旋涂法制备KDP晶体减反膜

对KDP晶体旋转涂膜过程中的技术问题进行了探讨,包括元件夹持安全性、膜层均匀性、膜层透射比、膜层疏水性能、膜层激光损伤阈值等。分析了晶体元件加速旋转阶段的受力情况,明确了KDP晶体元件在旋涂操作过程中受力状态的安全性。对不同溶剂体系的膜层均匀性进行了判断,在400 mm尺寸的元件上获得了透射比均匀性为0.3%的减反膜。对溶胶进行稳态剪切流变分析得知,在现有的涂膜转速 (对应剪切速率100~200 s-1)范围内,其粘度随着剪切速率的增加几乎不变,近似牛顿流体。在旋涂过程中,处于基底不同位置的溶胶的粘度大致相等,这是影响膜层均匀性的重要原因之一。膜层疏水性能较好,水接触角测试结果大于152。在SiO2基底上制备的减反膜,1053 nm处透射比大于99.8%。在熔石英基片上制备的三倍频减反膜样品的功能性激光损伤阈值约为10 J/cm2（355 nm, 3 ns）。     

PECVD制备光学薄膜材料折射率控制技术

渐变折射率光学薄膜用途广泛,PECVD技术在制备渐变折射率光学薄膜方面具有独特的优点。通过控制不同反应气体配比变化,分析了反应气体配比变化与所制备的薄膜折射率、消光系数和沉积速率之间的关系,讨论了薄膜折射率、消光系数和沉积速率变化的原因,研制了折射率可控的氟氧化硅(SiOxFy)、氮氧化硅(SiOxNy)、氮化硅(SixNy)等薄膜材料,获取了折射率在1.33~2.06之间的光学薄膜材料。     

高功率激光宽光谱减反膜的溶胶-凝胶旋转法制备工艺

 采用溶胶-凝胶法用旋转镀膜工艺在K9玻璃基片上制备出了SiO₂和有机硅单层减反膜以及有机硅-SiO₂双层减反膜。考察了旋转速度对SiO₂和有机硅单层膜的中心透射波长、膜层折射率等基本光学性质的影响，实验确定了双层膜的涂敷工艺。透射光谱测量表明，采用本文工艺条件制备的有机硅 SiO₂双层膜在430～800nm范围内透射率达99％以上。     

高功率激光宽光谱减反膜的溶胶-凝胶旋转法制备工艺

采用溶胶-凝胶法用旋转镀膜工艺在K9玻璃基片上制备出了SiO2和有机硅单层减反膜以及有机硅-SiO2双层减反膜。考察了旋转速度对SiO2和有机硅单层膜的中心透射波长、膜层折射率等基本光学性质的影响,实验确定了双层膜的涂敷工艺。透射光谱测量表明,采用本文工艺条件制备的有机硅 SiO2双层膜在430～800nm范围内透射率达99％以上。     

基于时间控厚离子束溅射技术的宽带减反膜制备

为了制备满足设计要求的宽角度、宽波段减反膜,利用离子束溅射沉积技术,在时间-功率控厚的模式下,对膜层沉积速率进行了精确修正。在实验中,利用时间-功率控厚的离子束溅射沉积技术,选择HfO2和SiO2作为高低折射率组合,在超抛ZF6玻璃基底上制备了宽角度、宽带减反膜,通过对实验后的透过率光谱曲线的数值反演计算,获得膜层厚度修正系数,初步得到了沉积速率随沉积时间变化的规律。利用修正后的沉积参数制备设计的膜系,在0°~30°入射角度下,600~1 200 nm波段的平均透过率达到99%以上。     

基于梯度折射率透镜的关节镜光学系统设计

关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10＂CCD关节内窥镜成像。系统具有60视场角,F数为6, 工作距离从～5 mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125 lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4 m,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204 mm,最大镜头口径小于4.6 mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。     

折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

PECVD技术制备光学减反射膜工艺探索

讨论了采用PECVD方法在K9玻璃基底上制备SiO2、SiNx、以及SiOxNy薄膜材料的工艺参数与薄膜光学特性、沉积速率的关系,并且运用掌握的工艺参数成功地制备了400～800nm波长范围双层、梯度折射率减反射膜样片.实验结果表明,采用PECVD方法能够制备折射率可控的光学薄膜材料,沉积薄膜厚度的精度可以控制在7%以...     

折射率梯度表面机理的研究

本文构建了一种折射率梯度表面,并利用几何光学法对其物理机理作了研究,发现这种折射率梯度表面可以实现入射波到正常反射波,异常反射波,以及介质波的转换.当入射点介质折射率大于某一阈值时,异常反射波束方向角正弦值与入射波束方向角正弦值存在线性关系,意味着平行入射的波经介质后将平行出射到空气;而当折射率梯度常数大于某一阈值时,任何方向入射的波在透射到介质后,将发生全反射,被束缚在介质中.总而言之,通过调节结构参数,可以实现对波束方向与强度的人工调控,从而提供了一种人工可控的全介质梯度表面的工程实现思路.     

折射率正负梯度交替表面的研究

利用不均匀材料提出了一种折射率正负梯度交替表面, 并利用几何光学法和电磁场数值仿真方法对其机理进行了研究与验证, 发现其可以操控电磁波的传播: 在一定的参数下, 其可以将空间中的入射电磁波一直束缚在介质中, 或在介质中传播一定距离后再实现电磁波的释放; 同时该结构具有宽带、极化无关等特性. 利用该结构可引导能流, 减小后向散射截面, 可用作隐身表面.     

梯度折射率球透镜的制备及其光线轨迹测试

自麦克斯韦鱼眼透镜理论模型提出后,长期以来学术界一直以为它只是一种绝对光学仪器,在实践中并没有应用的可能。但通过对麦克斯韦鱼眼微球透镜的理论研究表明,在一定条件下,它具有良好的成像性能和耦合效率。根据菲克定律推导出梯度折射率球透镜的折射率分布函数。并且熔制了含Li+硅酸盐玻璃和采用槽沉法以及Na+/Li+离子交换法制备直径为0.3—3.0mm的梯度折射率球透镜。通过干涉法测得了梯度折射率球透镜的折射率分布曲线,并研究了光线通过梯度折射率球透镜的轨迹。研究结果表明:在590℃,离子扩散系数为3.07×10-6mm2/s;所制备的梯度折射率球透镜的折射率分布是抛物线分布,并且和理论分析相吻合;梯度折射率球透镜的光线轨迹满足椭圆方程。     

特定折射率材料及光学薄膜制备

根据太阳电池阵激光防护膜性能优化的需要,应用离子辅助电子束双源共蒸工艺方法制备了优化设计所需的特定折射率的薄膜材料并用于制备激光防护膜。测试结果显示:用该工艺方法制备的掺杂材料薄膜的折射率n=1.75,与优化设计所需数值相符;激光防护膜性能优良,太阳辐射能透过率提高6%以上,实现了对该激光防护膜性能的进一步优化。为了使该双源共蒸方法适于大面积薄膜的制备,应用均匀性挡板技术来提高该方法制备大面积薄膜的膜厚均匀性,使制备的掺杂材料薄膜在口径为400 mm时的不均匀性小于2.1%。该双源共蒸方法制备工艺简单、可靠,适于实际工程应用。薄膜性能测试结果与理论优化结果相符,达到预期优化目标。     

Measurements of photoinduced refractive index changes in bacteriorhodopsin films

We report the pump-probe measurements of nonlinear refractive index changes in photochromic bacteriorhodopsin films. The photoinduced absorption is caused by pump beam at 532 nm and the accompanying refractive index changes are studied using a probe beam at 633 nm. The proposed technique is based on a convenient and accurate determination of optical path difference using digital interferometry-based local fringe shift. The results are presented for the wild-type as well as genetically modified D96N variant of the bacteriorhodopsin.