基于组合Fabry-Perot膜系的中波红外双色滤光片设计

双色滤光片的膜系设计方法有多种,如自动优化设计、缓冲层和组合膜系设计、加厚间隔层的Fabry-Perot(F-P)膜系、双峰结构F-P膜系的多次重复,以及具有分形结构的F-P膜系设计等方法。但它们在特定通道带宽和通道间距要求的膜系设计中,或者在膜系的工艺可实施性方面存在一定的局限性。运用目标光谱拟合优化后的两个具有增透带的F-P膜系相组合的设计方法,有效解决了较宽通道带宽和较大通道间距的双色滤光片的设计问题。采用Ge和Si O两种材料,利用有限的38层薄膜,在中波红外波段设计出了波形良好的双色滤光片,其两个通道的相对带宽均为9%,两个通道中心波长位置比可以在1.4~5.0的范围内进行调整,通带边缘陡度不大于2.0%。这种膜系结构的双色滤光片具有通带宽度和位置方便调控的特点,并有较强的可实施性。     

带缓冲层的导模共振滤光片反射光谱特性

将均质多层膜系设计中的缓冲层概念引入到反射导模共振滤光片的设计中,以研究缓冲层的增加对导模共振滤光片反射光谱特性的影响.设计并通过严格的耦合波理论计算了一、二、三、四通道导模共振反射滤光片光谱特性.在膜系设计中增加缓冲层后.随着其厚度的逐渐增加.反射光谱中依次出现二、三、四个窄带反射峰;缓冲层厚度为796.35 nm时.当滤光片光栅层占空比在0.2～O.9范围内、光栅深度在100～200 nm变化时,共振峰的位置、反射率峰值高度几乎不变,保持了很好的多通道滤光片特性.     

高性能可调谐滤波片的优化设计方法

根据薄膜窄带滤光片在倾斜入射时的特性,通过改进间隔层膜系结构来调整其等效折射率,可以设计出具有稳定透射峰值和带宽的角度调谐窄带滤光片。根据与密集波分复用(DWDM)系统相关的通道频率、插损、带宽、隔离度、偏振相关损耗(PDL)等八个标准,结合薄膜矩阵理论与新构造的评价函数,构建了一个可调谐滤光片膜系,通过改变各参数的权重因子,得到满足不同要求的最优膜系。利用构建的系统,优化设计了分别用于O波段和C波段100 GHz密集波分复用系统的具有高隔离度、低偏振相关损耗的角度调谐窄带滤光片。C波段膜系的最大调谐角度达11°,相邻通道隔离度可达-30.3 dB,最后对其透射特性以及影响调谐角度极限的因素进行了分析。     

组合刻蚀法制备窄带滤光片列阵

介绍了组合刻蚀法制备窄带滤光片列阵的基本原理和制备工艺,这是一种效率非常高的制备方法,只需N次刻蚀就可以完成2N通道窄带滤光片列阵的制备,而且可以用于制备不同波段窄带滤光片列阵。展示了可见-近红外波段32通道窄带滤光片列阵和中红外波段16通道窄带滤光片列阵的实验结果,其中32通道窄带滤光片列阵的带通峰位基本呈线性分布在774.7~814.2 nm之间,所有滤光片的半峰全宽都非常窄(δλ<1.5 nm),相应于δλ/λ<0.2%,半峰全宽最窄的滤光片达到0.8 nm,相应于δλ/λ<0.1%,其带通峰位λ=794.3 nm;各通道的带通透过率在21.2%~32.4%之间,大部分在30%左右。     

可见-短波红外成像系统色彩恢复滤光片研制

针对当前0.40～2.50 μm宽光谱响应成像系统可见光波段颜色信息丢失,全波段只能灰度成像的问题,设计并制备了用于全天时、可见光色彩恢复、短波红外(Short-Wave Infrared,SWIR)多波段成像的滤光片。使用Essential Macleod膜系设计软件,通过三种设计方案进行参数和性能对比,最终采用短波通基础膜系的两级截止带构造蓝光(B)+SWIR、绿光(G)+SWIR、红光(R)+SWIR负滤光片膜系设计,采用长波通基础膜系实现0.42～2.50 μm通带膜系设计。以上四个滤光片的组合选用Ta₂O₅和SiO₂为高低折射率材料在石英玻璃JGS-1基底上制备,经过测量通带的平均透过率均大于93.6%,通带平均透过率之差小于1.6%。最后用制备的滤光片进行拍照和计算,对色彩恢复功能进行验证。测试结果对宽光谱彩色成像技术的进一步研究具有参考价值。     

中波红外8通道微型集成滤光片的研制

利用组合刻蚀法布里珀罗（F－P）干涉滤光片的谐振腔间隔层的方法,制备了集成在一个基片上的8通道中波红外（λ₀=2.8 μm）窄带滤光片,通道线宽为0.7 mm,光谱通道定位精度优于1%,各通道相对半峰宽为1%,此法有效提高了成品率,并可满足实现通道数更多,集成度更高的滤光器件发展的需求,     

用超薄金属膜和不对称法布里－珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带高反膜的一种新方法用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光片组合设计法。给出了可见光区的窄带高反膜的膜系结构；定量地分析了膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性。实验证实了理论设计和分析。同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法     

3.2～3.8μm和4.9～5.4μm红外双色滤光片的研制

双色滤光片在其任意一个几何位置上,均能够有效透过两个精确控制的光谱通道,它可以提升光学探测装置对目标的识别能力。本文选用单晶Ge作为基片,Ge和ZnSe分别作为高低折射率膜层材料,研制了一种包含3.2～3.8μm(通道1)和4.9～5.4μm(通道2)两个通道的红外双色滤光片。在高真空中以热蒸发的方式镀制了滤光片的光学膜层,采用单波长的极值百分比光学监控(POEM)方法控制膜层的光学厚度。在100 K低温下,通道1的平均透射率为94.2%,顶部波纹幅度为5.7%;通道2的平均透射率为96.5%,顶部波纹幅度为0.6%。在两个通道之间(4.0～4.7μm)的截止区域内,平均透射率小于0.16%。该红外双色滤光片具有良好的光学稳定性,有利于高速运动目标的识别。     

用于波分复用系统的多峰干涉滤光片

介绍了用于波分复用系统的多峰干涉滤光片的设计原理,提出了滤光片透射峰位置的确定方法,讨论了影响滤光片半宽度和截止度的因素,给出了滤光片的膜厚容差分析结果,表明透射率监控标准偏差在<0.5%范围内,可以得到波形良好的多峰滤光片,最后给出了实验结果.     

基于梳状小波理论的颜色滤光片设计

渐变折射率薄膜因为消除了界面而克服了传统的分层介质膜的固有弊端。探讨了一种基于这种渐变膜系的设计方法。从小波理论及渐变折射率增透理论出发,以分层介质高反膜系为参照,给出了采用梳状(Rugate)滤光片设计不同类型颜色滤光片的设计原理,并以目前背投系统中使用的红、绿、蓝颜色滤光片为指标,理论设计出了具有优良光谱特性的红、绿、蓝颜色滤光片;对该设计结果进行了角度敏感性分析、偏振效应分析并与传统的反射膜叠加法得到的分层膜系进行比较,发现通过梳状滤光片理论设计的滤光片较传统的多层膜滤光片具有更小的角度敏感性和较小的偏振效应。     

缓冲层对导模共振滤光片反射光谱截止特性的影响

提出将均质多层膜系设计中的缓冲层概念71入到反射导模共振(GMR)滤光片的设计中,通过严格的耦合波理论精确计算,研究了加入缓冲层对改善导模共振滤光片反射峰边带截止深度及截止宽度的作用.双层导模共振滤光片结构中,入射光为TE偏振光时,设计增加97.5 nm缓冲层后,能够明显地展宽反射光谱范围.由原来的192.4 nm展宽到345.6 nm,并且在650～1250 nm波长范围内的边带截止度均比不含缓冲层结构的要深.入射光为TM偏振光,以类似TE结构的滤光片在布儒斯特角入射时,在700~1300 nm波长范围内,较不含缓冲层的结构,也能够获得更宽的截止带反射光谱和更深的截止度.在提出的膜系结构中,经过优化膜系、选择合适的光栅参数等,可以使反射光谱具有更好的截止特性,同时保证设计的共振峰位置不变.     

中心波长14.95μm超窄带滤光片的研制

讨论了大气探测红外分光辐射计第1光谱通道超窄带滤光片的研制情况。采用富碲碲化铅材料作为高折射率膜层材料,通过控制沉积速率、沉积温度、真空度等工艺参数,镀制的膜层具有小的自由载流子浓度,整个膜系具有低的光吸收和高的透射能量。研制出入射光束半锥角Φ为18°时,中心波长14.95μm、带宽0.065μm、相对带宽小于0.5%的长波CO2超窄带滤光片。该超窄带滤光片已实现空间应用5年,在天气预报数据获取中工作稳定。     

光控-晶控相结合的膜厚监控法对滤光片膜厚的研究

针对光电极值法和石英晶振法各自的弊端,结合两种方法提出了光控-晶控膜厚监控法.在相同工艺条件下,分别使用这三种方法监控905nm窄带滤光片(规整膜系)和830nm截止滤光片(非规整膜系)的膜厚,对制备的滤光片的透射率光谱曲线进行比较.结果表明,光控-晶控膜厚监控法除了各项指标都符合要求外,在曲线通带处获得的平均透过率值比光电极值法和石英晶振法获得的平均透过率值提高了3%~6%,且与理论光谱基本吻合,光谱特性最好.该方法不仅对规整和非规整膜系都能进行监控,且能有效降低膜厚误差,提高光谱特性.     

一维光子晶体的双通道位置设计及调整

通过对法布里-珀罗滤光片性质的研究,以及对法布里-珀罗滤光片中缺陷层厚度变化对通道数目、位置影响的分析,为双通道一维光子晶体的设计提出了一条新的思路。在法布里-珀罗结构的基础上引入一维光子晶体的双对称结构,并通过改变双对称结构的三个缺陷层厚度来实现对禁带内两个通道系列位置的独立调整。设计过程中采用有效界面法对通道的位置进行初步的计算,并通过计算机理论模拟对膜层进行修正,使通道的位置满足设计要求。设计结果表明,通过调整两个厚度参量可以克服双通道一维光子晶体中的通道干涉现象,从而实现通道位置的独立调整。     

中红外带通滤光片的设计与制备

中红外带通滤光片在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用,峰值透过率和通带半宽度是带通滤光片的重要指标,主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。论述了一种在锗基底上采用锗和硫化锌两种材料设计并成功制备出中红外带通滤光片的方法。详细介绍了镀膜材料的选择以及这种方法的设计理论,给出了膜系结构,运用离子辅助沉积工艺在ZZSX-1100镀膜机上制备出了这种滤光片,测试结果表明:所制备的滤光片峰值透过率达到87%以上,通带半宽度为70 nm,光谱性能稳定,膜层致密,附着力好,膜系结构简单,易于实现。     

刑侦检测光学系统中干涉滤光片的设计与制备

在刑侦现场勘查不同物证痕迹时,采用多波段光源对痕迹进行获取,而多波段光源是利用不同性能的干涉截止滤光片以获得不同波段的输出光.为了寻找衣物上体液和其它痕迹,利用干涉滤光片的组合方法,采取电子束蒸发并加以离子辅助沉积系统,根据薄膜干涉滤光片理论并借助膜系设计软件,制备了低成本高质量的450~520 nm波段高透射矩形波.通带透过率大于99%,其它波段透过率小于0.2%,陡度S<3%,并通过了酸碱度环境的检测.重点讨论了膜系设计中波纹产生的原因及波纹的的压缩.     

刑侦检测光学系统中干涉滤光片的设计与制备

在刑侦现场勘查不同物证痕迹时,采用多波段光源对痕迹进行获取,而多波段光源是利用不同性能的干涉截止滤光片以获得不同波段的输出光.为了寻找衣物上体液和其它痕迹,利用干涉滤光片的组合方法,采取电子束蒸发并加以离子辅助沉积系统,根据薄膜干涉滤光片理论并借助膜系设计软件,制备了低成本高质量的450～520 nm波段高透射矩形波....     

WDM中的干涉滤光片性能分析

计算分析了用于WDM中的干涉滤光片的透过率特性,提出了适合作分波元件的滤光片膜系结构。     

用超薄金属膜和不对称法布里—珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带反膜的一种新方法－用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光组合设计法，给出了可光光区窄带高反膜的膜系结构，定量地分析了膜系的反射率，反射峰值，反射半波带宽光谱反射特性，实验证实了理论设计和分析，同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法。     

基于遗传算法的斜入射窄带滤光片膜系优化设计

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性,提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序,设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象,降低器件的偏振相关损耗,通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比,遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.