可见与红外双波段宽带增透膜的研制

根据军用光学仪器的使用要求,在多光谱ZnS基底上镀制增透膜,要求薄膜在可见与近红外波段400～1000 nm及远红外波段7～11 μm的平均透射率均大于90%.采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过选择ZnS和YbF3作为高低折射率材料,利用最新OptilLayer软件三大模块的功能辅助,调整镀膜工艺参数,改进监控方法,减少膜厚控制误差,在多光谱ZnS基底上成功镀制符合使用要求的增透膜.所镀膜层在可见与近红外波段400～1000 nm的平均透射率大于91%,远红外波段7～11μm的平均透射率大于90%,能够承受恶劣的环境测试,完全满足军用光学仪器的使用要求.     

基于ZF6基底的可见光宽谱带高性能增透膜

以ZF6为基底,采用电子束蒸发物理气相沉积方法设计并制备了一种增透波长为0.4～0.8μm的宽谱带可见光区增透膜。薄膜材料仅含有TiO2和SiO2两种材料,分别作为高低折射率材料。利用Edinburgh光谱仪对双面镀制该膜系样品的透过率进行测量,测试结果表明：薄膜平均透过率达98.15%,实际样品的光学特性与设计结果基本相符,具有宽带的增透特性,减少了表面剩余反射。机械强度与环境测试表明：制备的薄膜具有良好的稳定性和牢固度,可以应用于可靠性要求较高的光学系统中。     

三维腹腔镜端面宽带增透膜的研制

根据由多组镜片组成的三维腹腔镜对高透过率和不失真成像的要求,研究并选择了合适的薄膜材料;采用电子束真空镀膜加以离子辅助沉积系统,利用膜系设计软件完成了宽带增透膜的非周期膜系设计。通过调整镀膜工艺参数并采用光控与晶控同时监控的方法,减少了膜厚控制误差,成功地在多组镜片上镀制了宽带增透膜。测试试验显示,制备的膜层在400～700 nm波段的平均反射率〈0.5%,而且颜色不失真,膜层牢固,抗腐蚀效果较好,满足医用光学仪器的使用要求。     

硫化锌透镜中长波红外宽带增透膜的研制

硫化锌(ZnS)透镜由于其透光区域较宽,便于光学系统的装校而被经常应用于红外光学系统中,但是其作为基底,镀制中长波红外增透膜却具有相当大的难度,尤其是牢固度的问题。根据任务要求研制的增透膜是在3．5～3．9μm的中波红外波段及9～12μm的长波红外波段,平均透射率大于90％。由于长波红外区可选用的宽透射区材料较少,所以兼顾材料的选用、光谱特性及可靠性满足使用要求等几方面考虑,最终采用氟化钇(YF3)作为低折射率材料,经过多次实验,采用混蒸、离子辅助等工艺方法以及选取合适的基底温度,通过对其他工艺环节的不断改进,解决了在ZnS透镜上镀制宽带增透膜,由YF3膜层严重的应力作用而导致膜层龟裂的问题,最终研制成功符合使用要求,并且可靠性和光谱特性皆优的中长波红外增透膜。     

锗基底7～11.5μm高性能红外宽带减反射膜的研究

为了提高锗基底的透过率和膜层的机械强度，对锗基底上高性能的红外宽带减反射膜的设计与制备工艺进行了研究。介绍了红外宽带减反射膜的膜料选择、膜系设计以及采用 离子束辅助沉积该膜系的过程。给出了用该方法制备的7～11.5μm波段宽带减反射膜的实测光谱曲线，其峰值透过率高达99.5％以上，在设计波段范围内平均透过率大于97.5％， 膜层附着性能好，光机性能稳定。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。     

近红外激光薄膜滤光片的研制

以双抛Si片为基底,采用离子束辅助热蒸发沉积技术研制了1.2～3μm波段激光薄膜滤光片.采用长波通滤光片与减反射膜相结合的薄膜样品设计方法,高、低折射率材料分别选用ZnS和MgF2,综合考虑光谱特性和电场强度分布,使用TFCale膜系软件设计出1.064μm高反、1.2～3μm波段增透的长波通滤光片.长波通膜系膜系结构为G|4H2L1.5H2L2H1.5L2H4L|A,减反射膜膜系结构为G|3.5H3.5L|A.最终实现1.2～3μm波段峰值透过率达98.48%,平均透过率为92.35%,1.064μm处透过率为5.09%的光谱特性.对薄膜样品分别采用离子束处理和退火处理,发现适当的工艺参数,有助于提高薄膜激光损伤阈值,当退火温度为250℃时,其激光损伤阈值可达6.3J/cm~2.本文研究可为近红外薄膜滤光片设计和制备提供参考.     

基于氧化物的0.8~1.7μm和3.7~4.8μm硬质宽带红外增透膜研制

从实际应用出发,在0°入射的条件下,在ZnS基底上针对0.8~1.7 μm和3.7~4.8 μm两个红外波段,设计并制备了双波段红外增透膜。论述了材料选择、膜系设计和制备方法,最终使用等离子辅助沉积技术在ZnS窗口上制备出双波段红外增透膜,透过率及环境测试结果表明：在0.8~1.7 μm波段双面平均透过率大于95%,在3.7~4.8 μm波段双面平均透过率大于96%。膜层结合牢固并有良好的耐摩擦性能。     

紫外光固化丙烯酸酯/二氧化硅杂化光学增透膜的研制

采用旋转镀膜工艺和紫外光固化技术在石英基片上制备出了快速固化的丙烯酸酯/二氧化硅有机/无机杂化单层宽带光学增透膜,考察了丙烯酸酯与正硅酸乙酯的物质的量之比对薄膜增透性能等的影响。实验结果表明,该比值为2.0时,增透膜的最大透射率为99.0%,采用旋转镀膜工艺制备的有机/无机杂化单层增透膜在425～1060nm的较宽波段范围内透射率均达98%以上。     

紫外光固化丙烯酸酯/二氧化硅杂化光学增透膜的研制

 采用旋转镀膜工艺和紫外光固化技术在石英基片上制备出了快速固化的丙烯酸酯/二氧化硅有机/无机杂化单层宽带光学增透膜，考察了丙烯酸酯与正硅酸乙酯的物质的量之比对薄膜增透性能等的影响。实验结果表明，该比值为2.0时，增透膜的最大透射率为99.0%，采用旋转镀膜工艺制备的有机/无机杂化单层增透膜在425～1060nm的较宽波段范围内透射率均达98%以上。     

3.5～12.5μm三波段宽带红外Ge窗口多层增透膜的研制

介绍了利用三种材料Ge、ZnS和YbF3在Ge基片上制备3．5～12．5μm三波段宽带增透膜的膜系设计、制备工艺及光学、机械性能测试结果。该元件可应用于空间红外遥感系统。     

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。     

用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁膜料镀制0.4μm～1.1μm超宽带增透膜

对0.4μm~1.1μm超宽带增透膜的镀制工艺进行了研究。根据长期从事该工作的经验和对膜料性能的研究,结合国产设备的实际情况,在膜料的选取上主要考虑其透明光谱区域、折射率、材料的蒸发方式、机械特性、化学稳定性及抗高能辐射等因素;最终选择用二氧化钛、二氧化硅和氟化镁3种常用膜料镀制0.4μm~1.1μm超宽带增透膜。涉及该膜系的膜层共有8层,结构为:玻璃■H■M■H■M■H■M■H■L■空气■。制作工艺方便简单、稳定,制做的膜层具有较好的光谱和机械性能,满足光电仪器实际使用要求。     

多功能防油污减反膜的研制

为了改善光学镜头表面的耐污染性,选取新型抗油污含氟有机材料、氧化铟锡导电薄膜材料、TiAl合金以及SiO2做为中、高、低折射率镀膜材料.借助TFCalc软件进行膜系设计,采用离子源辅助沉积的方法,通过电子束真空镀膜设备进行制备.对比实验发现,不同的真空度环境以及不同的膜层厚度,对于薄膜的防油污性能的影响有所差异.通过对防油污性能的测试,不断优化沉积工艺参量,获得了在350~700nm波段平均理论反射率小于1%的宽带减反射膜.该薄膜具有憎水憎油抗污染能力,牢固度好,抗辐射能力强,可应用于军事、医疗、民用等各个领域.     

1 064 nm与532 nm激光对电子束蒸发制备的HfO2/SiO2高反膜损伤比较

 研究了电子束蒸发制备的HfO₂/SiO₂高反膜在1 064 nm与532 nm激光辐照下的损伤行为。基频激光辐照时损伤形貌主要为节瘤缺陷喷溅留下的锥形坑,当能量密度较大时出现分层剥落;二倍频激光损伤主要是由电子缺陷引起的平底坑,辐照脉冲能量密度稍高时也会产生吸收性缺陷引起的锥形坑,但电子缺陷的损伤阈值更低;随着辐照脉冲能量密度的增大分层剥落逐渐成为主要的损伤形貌。分析认为,辐照激光波长的变化,引起吸收机制的变化从而导致了损伤阈值及损伤机制的差异。     

0.55～0.85μm波段增透膜的相位调控设计与研制

在0.55~0.85μm波段范围内,在保证薄膜高透射率的同时对其相位进行调控,是多偏振成像模块项目研制的关键技术。采用等效膜层理论,使用三种氧化物薄膜材料:Ta2O5、Al2O3、SiO2,在光学玻璃H-LaK4L基底上设计并制备了相位调控增透膜。经过工艺优化,研制结果表明,在28°入射条件下,0.55~0.85μm的波段范围内,薄膜平均透射率大于97%,其相位差小于1°。膜层能够经受航天光学薄膜产品的环境实验的检验,满足了项目的可靠性要求。     

SR-FEL宽带腔镜与双带腔镜光学膜系实验研究与研制

利用“电子束蒸发沉积薄膜生长技术+离子束溅射沉积薄膜生长技术”、“HfO₂/SiO₂+Al₂O₃/SiO₂+M-SiO₂”复合光学膜系设计技术、400°C4h高温处理技术, 研制的SR-FEL宽带腔镜光学膜系在355nm中心波长的绝对光学反射率测量值为R(355nm)=99.45%, 反射光谱带宽测量值为Δλ(R≥99.00%)=75nm; 研制的355nm/248nm双带腔镜光学膜系, 在355nm中心波长, 其绝对光学反射率测量值为R(355nm)=99.69%, 反射光谱带宽测量值为Δλ(R≥99.00%)=59nm; 在248nm中心波长, R(248nm)=98.21%, 绝对光学反射率光谱带宽测量值Δλ(R≥99.00)=9mm, Δλ(R≥98.00%)=33nm.     

近红外宽截止窄带滤光膜的研制

在空间光通信系统中,为满足光学系统对滤光膜的特殊要求,研制出了一种近红外宽截止窄带滤光膜,实现了降低深背景范围内杂散光干扰的要求.通过对薄膜材料特性的研究、膜系设计曲线的不断优化,得到了相对易于制备的窄带滤光膜结构;采用电子束加热蒸发及离子辅助沉积技术制备薄膜,采用光控加晶控同时监控的方法监控膜层厚度,通过不断优化工艺参量,提高中心波长处的透过率,最终成功得到了光谱性能较好的滤光膜.经光谱测试表明:所镀膜层在800~1 530nm、1 600~1 800nm波段平均透过率低于0.3%,1 565nm单点透过率高于92%,通带半带宽为18nm,满足光学系统的使用要求.     

1.55μm InGaAsP/InP LED的研究

本文报导了1.55μm InGaAsP/InP LED的制造工艺和性能测量.在100mA正向电流下,LED与多模光纤和单模光纤耦合后的出纤功率分别为20～30μW和2—4μW.讨论了获得准确p-n结位置的方法.     

化学氧碘激光器中的角立方反射器的研制

分别利用电子束蒸发和离子束溅射手段在单晶硅基底上制备了54.7°入射1315nm和632.8nm双波长高反射薄膜,并对两种手段所镀制薄膜地性能进行了比较;然后对离子束溅射所镀制的反射镜进行了胶合,得到了高精度的角立方反射器。最后,将所制备的角立方反射器实际用于化学氧碘激光谐振腔后,获得了近衍射极限的激光输出。     

卫星激光通信滤光膜的研制

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求,采用电子束和离子辅助沉积技术,制备了532 nm、632 nm和1 064 nm波长处高反射,808 nm和1 550 nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H₄和SiO₂作为高低折射率材料,通过对膜系设计曲线的不断优化,减少了灵敏层的个数,得到了相对易于制备的膜系结构;采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜, 采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚;通过不断调整工艺,提高了薄膜的抗激光损伤能力,减小了膜厚控制误差,提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率,最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求.