ESR膜及在POLAR探测器中的应用

基于巨双折射光学的增强型镜面反射膜(ESR)具有高分子多层膜结构。在10~80°反射角范围内,利用623.8nm,532nm,441.6nm和413.1nm激光对ESR的反射率进行了测量,结果显示,在整个范围内有较均匀的反射率,平均反射率大于95%,平均透过率小于0.5%。XRD分析显示ESR在大尺度范围内有良好的晶化结构。在γ射线极化仪POLAR应用中,ESR作为BC448塑料闪烁体探测器反射层比用黑漆反射层的光子收集效率提高了近10倍。     

固体介质间隔层激光标准具性能的影响因素研究

针对固体介质间隔层的镀膜标准具, 以1 064 nm激光镀膜标准具为例, 首先研究了反射膜堆数对反射带宽、基底厚度以及对自由光谱区的影响:标准具的带宽随着膜层堆数增加而减小, 自由光谱区随着基板厚度的增加而减小;其次研究了基底误差对标准具中心波长定位和透过率的影响, 通过定量数值计算证明了基底误差可通过标准具的使用角度补偿;针对典型的H(LH)^m/Substrate/(HL)^mH和L(LH)^m/Substrate/(HL)^mL两个膜系结构, 研究了入射激光发散角对标准具中心波长偏移、通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率的影响。随着激光发散角的增加, 中心波长向短波方向移动, 通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率呈现下降的趋势, 并且第二个膜系结构的标准具性能优于第一个膜系结构的标准具。     

瑞利多普勒测风激光雷达的频率标定方法

频率标定是瑞利测风激光雷达的关键技术。瑞利测风激光雷达中,通过改变压电陶瓷管的电压实现连续调谐F-P标准具腔长,使出射激光频率处于双边缘透过率曲线的交点处。在连续调谐时,由于压电陶瓷管的磁滞效应引起腔长调谐非线性,从而导致系统误差。分析了该误差的原因及特性,提出了静态软件补偿和动态调频跟踪相结合的频率标定方法。若激光出射频率相对F-P标准具漂移小于100 MHz时,在数据反演时补偿该频率偏差;若相对频率漂移大于100 MHz时,将F-P标准具先退回预设腔长以下,通过逐步增加电压的方式,重新实现频率锁定,保证锁定过程处在磁滞回线的电压上升段,避免了磁滞效应引起的误差。多普勒激光雷达与无线电探空仪的两组对比实验中,在15~30km高度,风速最大偏差6.22m/s,平均偏差1.12m/s。     

基于针法的平板偏振膜设计

利用针(needle)法优化技术,分别以两种不同厚度的高折射率单层膜为初始膜系,设计得到了平板偏振膜。当入射角为56°时,在中心波长1053 nm附近不小于20 nm的带宽范围内,偏振膜的p光反射率Rp2%,s光反射率Rs99.5%,且消光比(Tp/Ts)200。角度特性分析结果表明,在入射角由53°增大至59°的过程中,两偏振膜的光学性能均满足设计要求,但偏振带却向短波长方向发生了移动,且带宽增大。根据蒙特卡罗容差分析,在各膜层膜厚误差独立的监控方式下,要保证成品率高于90%,则两偏振膜的最大容许膜厚标准偏差分别为1.20%和1.35%。     

基于遗传算法的30.4 nm多层膜设计

阐述了用遗传算法设计周期和非周期多层膜的原理和实现过程,完成了30.4 nm Mg/SiC周期和非周期多层膜设计,研究了遗传算法中不同种群数和多层膜膜厚取值范围对优化结果的影响.计算发现,种群数的恰当选取是使算法快速达到或逼近最优解的前提,膜厚取值范围的合理选择是提高算法效率的关键.设计得到入射角10°的周期多层膜和15°~22°范围内的宽角多层膜在波长30.4 nm处的反射率依次为56.57%与39.96±0.29%,5°入射的双功能多层膜在波长30.4 nm和58.4 nm处的反射率分别为54.1%和0.1%.结果表明遗传算法也是一种很好的多层膜设计方法.     

中心波长为13．9nm的正入射Mo／Si多层膜

用由铜靶激光等离子体光源等组成的反射率计对自行设计的周期厚度为7.14nm的120层Mo/Si多层膜进行极紫外(EUV)波段反射率测量。由于多层膜层数增加所引起的吸收、膜层界面之间的扩散以及镀膜过程中的膜厚控制误差或表面被氧化(污染)等原因,正入射Mo/Si多层膜在13.9nm处的反射率低于理论计算值73.2%,最后用原子力显微镜(AFM)测量其表面粗糙度为σ=0.401nm。     

平顶响应薄膜滤波器透射特性的分析研究

对垂直多腔F-P规整膜系进行了结构上的划分,以反射膜系、腔层、耦合层为单位将膜系划分为若干个结构单元,利用史密斯方法将结构分为A、B两个系统。改变内膜系单元参数,得到了两腔F-P结构A、B系统反射率变化规律;改变A、B反射率的曲线交点和相位正弦值零点的位置,分析了透射曲线平顶响应的形成原因,得到了影响平顶响应薄膜滤波器性能参数的因素。得出透射性能良好的三半波膜系结构。其0．5dB带宽为0．52nm,3dB带宽为0．67nm,25dB带宽为1．59nm,矩形度为2．37（小于3）。     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准，设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜，制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度，利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率，在13.9 nm处，分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪，并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中，获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。     

高反射率Mo/B4C多层膜设计及制备

 运用遗传算法优化设计了Mo/B₄C多层膜结构。入射光入射角度取10°时,设计的理想多层膜膜对数为150,周期为3.59 nm,Gamma值（Mo膜厚与周期的比值）为0.41,峰值反射率为33.29%。采用恒功率模式直流磁控溅射方法制作Mo/B₄C多层膜。通过在Mo/B4C多层膜与基底之间增加15 nm厚的Cr粘附层,提高多层膜与基底的粘附力。另外,还采用调整多层膜Gamma值的方法减小其内应力,调整后多层膜结构周期为3.59 nm, Mo膜厚1.97 nm, B4C膜厚1.62 nm,峰值反射率26.34％。制备了膜对数为150的Mo/B₄C膜并测量了其反射率,在波长7.03 nm处,Mo/B₄C多层膜的近正入射反射率为21.0％。最后对测量结果进行了拟合,拟合得到Mo/B₄C多层膜的周期为3.60 nm,Gamma值0.60,界面粗糙度为0.30 nm。     

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532nm、632nm和1 064nm波长处高反射,808nm和1 550nm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.     

玻璃在线激光测厚误差的透反互补抑制

为了抑制激光在线测厚时入射角波动引起的误差,根据几何光学分析了激光透射式和反射式测厚原理,发现激光在特定入射角附近波动时,两种方式的测厚误差一正一负,具有互补性,在此基础上提出基于透射和反射同时测量的互补式测厚方法,该方法可将误差限定在透射式和反射式测量误差之间,抑制在线测厚误差.对于有机玻璃平板,理论计算表明,当激光入射角在67.013°±4°波动时,相对误差绝对值在1%以内,误差抑制率均值大于90%;当入射角为61.536°时,误差抑制率为100%.利用线结构激光器和两个线阵CCD相机搭建互补式测厚实验系统,测量了标称厚度为1~5mm的有机玻璃平板,与透射式和反射式测厚结果进行对照,除厚度为1mm的玻璃外,互补式测厚误差被限制在透射式和反射式之间,最大误差抑制率达61%.实验结果表明,该互补式方法有效抑制了误差,提高了在线厚度测量准确度,解决了在线测量不可重复性导致的无法通过均值法减小误差的问题.     

An angle-resolved laser incident beam detector based on a pair ofFabry-Perot etalons

An angle-resolved laser detector based on a pair of a non-mechanical scanning Fabry-Perot cavities is described. The differential signal from the two cavities is approximately independent from the polarization of the incident laser beam and it is used to determine the angle of incidence of the beam on the Fabry-Perot cavities. The F-P etalon is made of interferometric filter combination. A laser incident angle sensor experimental platform is built up, and the experiment is carried out with a given laser range finder. When the incident angle is less than 5°, the transmission difference measured by the laser angle sensor is significantly lower than theoretical value, and deviation is more than 10%. When the incident angle is greater than 10°, the deviation is much lower than that of the situation of the incident angle is lower than 10°.     

90°反射式相位延迟器的设计

铜蒸气激光反射镜在非正入射的时候 ,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计 ,在4 90～ 5 30nm之间p、s波获得了 90°的相移 ,同时也使反射率在 99 998%以上。Ag层的厚度对于相移不敏感 ,并且当其厚度大于一定值的时候 ,对反射率没有影响。根据误差分析 ,制备薄膜时其沉积速率精度控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 15 2 8°的相移误差 ,相移均在 5 0 4nm处附近存在有一个收敛值。折射率的变化控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 12 77°的相移误差。最外一层厚度变化± 1% ,其相移变化达到± 5 5°,2～ 5层和 9～ 16层对相移的影响也在 0 .5°之上 ,其余各层对相移影响非常的小。使用时的入射角控制在± 1°时 ,在光谱范围内能达到± 2 .86°的相移误差。在 5 30nm附近的波段对入射角不敏感。     

All-Optical Bistabilities in Reflection and Luminescence of Thin ZnSe Films

First reports of absorptive all-optical bistabilities in reflectance and luminescence of a Fabry-Perot cavity consisting of thin (0.70 μm) ZnSe film are presented. We demonstrate that the observation of bistability in the reflected beam does not require necessarily the appearance of bistability in the transmitted beam. Luminescence bistabilities, however, are observed both in the light captured from the incident side of the film and in the light emitted from the transmission side. The bistabilities in reflection and luminescence are explained quite satisfactorily by the principle of increasing absorption due to photo-irradiation and the dependence of the luminescence intensity on a photo-thermally induced temperature change, respectively. All experiments were carried out at room temperature with the 488 nm line of an argon laser.     

X射线W/B4C宽带多层膜的优化设计和制备

介绍了X射线宽带多层膜材料W和B4C的选定方法,依据伯宁(BERNING)公式确定出了在0.154 nm处X射线宽带多层膜的最佳膜对数。引入适当的评价函数,利用具有全局寻优特性且效率较高的遗传算法,在波长0.154 nm处优化设计出了掠入射角(θ)0.5°~0.9°范围内反射率值达到40%的宽角度宽带多层膜。宽带多层膜反射镜采用磁控溅射方法制备,并用X射线衍射仪对样品进行了检测,结果表明在掠入射角(2θ)1.0°~1.8°之间的相对反射率光谱曲线比较平坦。     

分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗(F-P)标准具透射谱和光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成,且在3dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈(DFB)激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812nm,分辨力为1pm,精度为±10pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。     

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.     

Passive synchronization of two independent laser oscillators with a Fabry-Perot modulator

By optical modulation of the reflectivity of an intracavity nonlinear Fabry-Perot semiconductor mirror, the pulse train from a passively mode-locked picosecond Nd:YVO(4) laser oscillator is synchronized to an independent femtosecond-mode-locked Ti:sapphire laser. We obtain stable synchronized pulse trains at central wavelengths of 1064 and 850 nm, and the Ti:sapphire laser is still independently tunable over a large wavelength range. The tolerable cavity-length difference between the two laser oscillators exceeds 20mu;m .