基底微缺陷对介质薄膜光学性能影响的理论研究

基于非均匀膜理论提出一种存在微缺陷的介质基底的折射率分层模型，将基底依次分为表面层、亚表面层和体材料层，其中表面层和亚面层分别等效为折射率服从统计分布的非均匀膜，将它们分别再次细分为N₁和N₂个子层，每一子层均视为均匀介质 膜.应用光学薄膜特征矩阵法对其进行理论分析，并对单层介质膜的光学性能进行数值计算. 研究结果表明：基底的表面和亚表面微缺陷改变了薄膜和基底的等效折射率，导致了准Brew ster角和组合反射率与理想情形的偏离.同时这些微缺陷也改变了光在薄膜和基底中的传播 特性，因此反射相移和相位差均偏离理想情形.在研究基底的微缺陷对多层介质膜光学性能 影响的分析和计算时，该模型同样适用. 关键词： 微缺陷 介质薄膜 非均匀膜 光学性能     

膜厚监控系统的光谱宽度对窄带滤光片性能的影响

讨论了膜厚监控系统的光谱宽度对波分复用窄带滤光片特性的影响,分析了监控过程中所出现的信号异常现象,其主要原因是控制光光谱宽度以及控制波长与滤光片中心波长不一致,所以控制光光谱分辨率必须小于单个法布里-珀罗滤光片最后2层膜折转点波长宽度的一半,即对100GHz的滤光片,监控系统的光谱宽度必须小于0．2nm。一旦产生中心波长偏离,就必定产生厚度控制误差。讨论了高折射率膜和低折射率膜的信号变化规律,发现当中心波长比监控波长长时,虽然信号变化规律正确,但判读到极值时的膜厚变薄。中心波长偏离越长,厚度将越薄。而当中心波长比监控波长短时,信号将出现反转。中心波长越短,反转量越大。最后指出了监控误差对滤光片Tmax和半峰全宽的影响。     

沿膜厚方向的簿膜非均匀折射率及其色散测量

以传统的光学监控法与石英晶体振荡法为基础,在薄膜沉积过程中,同时测量膜片的透过率及膜层的厚度,以及与它们对应的控制波长,并根据三者与折射率之间的关系,由计算机反解出不同膜厚处的折射率——非均匀折射率及不同厚度、不同波长处的薄膜折射率——非均匀色散。同时给出了硫化锌薄膜在水晶石薄膜的测量实例,并进行了分析与讨论。     

离子束溅射薄膜光学常数表征的光斑效应

利用离子束溅射沉积制备了光学薄膜。基于椭圆偏振测量技术,研究了折射率、膜层厚度和表面层厚度与测试光斑大小的关系。研究结果表明,随着样品表面测试光斑尺寸的增加,薄膜折射率变小,膜层厚度、表面层厚度增加。使用反射光谱法和轮廓仪分别验证了各光学常数的光斑效应。研究结果表明,光学薄膜的折射率与膜层厚度具有弱横向非均匀性,采用大尺寸测量光斑能弱化这种非均匀性。     

光学厚度对一维三元光子晶体禁带特性的影响

运用光学传输矩阵理论,研究了一维三元光子晶体的禁带特性.数值模拟结果表明：最高折射率和最低折射率介质的光学厚度明显地影响其绝对禁带宽度,而较高折射率介质的光学厚度对其相对禁带宽度影响较大.与二元光子晶体相比,三元光子晶体的绝对带宽和相对带宽都远远大于二元光子晶体.     

利用平面声场对非均匀大气介质光波传输相位的调控

本文基于声光效应和Gladstone–Dale关系,推导了在平面声场扰动下,各向同性均匀大气介质和非均匀大气介质的折射率随声压变化关系式,建立了平面光波和拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian, LG)光束通过经平面声波扰动的均匀大气和非均匀大气介质的传输模型.结果表明,经平面声场扰动后,均匀大气介质折射率分布呈层均匀的周期性分布.对于大气压强纵向变化的大尺度角度,平面声场对非均匀大气折射率的分布情况影响不明显;而对于小尺度角度,非均匀大气折射率会随高度的增加逐渐减小,并且随声压的影响而产生波动.平面声波扰动均匀大气介质时,会使平面光波的等相位面因声波的影响产生明显波动; LG光束相位会发生旋转,且总会回到初始相位.平面声波扰动非均匀大气介质时,会使平面光波的相位变化会随着声波的变化规律产生周期性的变化,光程整体为倾斜的平面,但由于声波的扰动,光程会产生波动; LG光束的相位仍会发生旋转,但与均匀介质不同的是,由于其折射率随高度的变化,其相位不会回到初始相位.     

共蒸法制备非均匀膜的速率控制分析

渐变折射率薄膜,又称为非均匀膜。利用德鲁德理论分析了混合介质膜的介电常量与各个膜料的介电常量之间的关系,介绍了共蒸法制备非均匀膜的制备机理。对混合膜的沉积速率为两种膜料的沉积速率之和的情况,分别从两种膜料的单分子体积是否相等和总的沉积速率是否为常数两个方面,探讨了双源共蒸法制备的非均匀膜的折射率分布规律与膜料的沉积速率之间的关系,并给出了几种常见的折射率分布如线性变化、正弦变化、指数变化和双曲变化规律的膜料沉积速率表达式。最后以混合介质膜的总沉积速率为常数、折射率按照线性变化为例进行了说明。     

双层介质膜厚度和折射率的测定

<正> 前言在光学器件、电子器件以及磁性元件中,都经常使用双层介质膜和多层介质膜。这些膜往往直接决定着器件的结构和性能,双层膜和多层的研究可促进新型器件的发展。在国内、四川大学物理系林理彬副教授等首先用“双入射角二级近似法”,较精确地同时测定了双层复合介质膜的厚度和折射率。这里将介绍用等效基片等效光学常数法和等效基片等效菲涅尔系数法,在一个入射角下同时测定双层和多层介质膜的厚度和折射率,且可通     

激光场对光学薄膜的作用

采用Mach-Zehnder干涉仪和光学延迟装置研究了Q开关激光与膜料折射率大于基底折射率和膜料折射率小于基底折射率的二类单层光学介质薄膜多次重复作用产生的等离子体形貌,从而对激光与介质薄膜相互作用的场效应进行了实验验证。     

基于体全息光栅的光学相控阵放大级设计

为了扩展光学相控阵的角度扫描范围,设计了基于体全息光栅的放大级,研究了光栅结构参数及其制作误差对性能的影响规律,提出了容差优化方法。研究结果表明:光栅厚度和折射率调制度是影响衍射效率的主要参数,光栅周期和光栅厚度是影响角度选择性的主要参数。光栅出入射角由光栅周期和光栅矢量倾斜角决定,在保持角放大率不变时,可以通过在出入射面内旋转介质调节这两个参数。实际制作中,光栅周期误差和光栅矢量倾斜角误差会导致衍射角偏离设计值,读出光波长越长,光栅周期误差的影响越小;光栅后面介质折射率越高,光栅矢量倾斜角误差影响越小。增加光栅厚度设计值可以减小光栅厚度误差对衍射效率的影响,而减小光栅厚度设计值可以减小折射率调制度误差对衍射效率的影响,实际制备时,需结合系统需求进行综合设计。     

薄膜非均匀性及其对增透膜性能的影响

基于非均匀膜理论提出的折射率分层模型,将非均匀膜层分为N个均匀子层,应用光学薄膜特征矩阵对其进行理论分析。应用膜系设计软件模拟ZrO2和CeO2的负非均匀性对增透膜光谱特性的影响。研究结果表明:负非均匀性使多层增透膜的反射率增大,在参考波长处的光谱特性变差,使整个反射光谱曲线朝长波方向漂移,从而导致整个膜系的光谱特性偏离理想情形。     

德鲁德分布非均匀膜的光学特性模拟分析

从德鲁德理论出发,对多元共蒸法镀制的非均匀膜的折射率分布与沉积速率的关系进行了探讨;然后利用计算机辅助模拟,对德鲁德分布非均匀光学薄膜,从单周期和多周期、正变和负变、完整周期和存在半周期几个方面对其光学特性进行了系统分析.研究发现：其透射率的极小值和周期数的关系遵从周期数的三次多项式衰减规律,不同规律的德鲁德分布非均匀膜可用来设计不同功能的滤光片.     

Theoretical analysis of optical properties of dielectric coatings dependence on substrate subsurface defects

A model for refractive index of stratified dielectric substrate was put forward according to theories of inhomogeneous coatings. The substrate was divided into surface layer, subsurface layer and bulk layer along the normal direction of its surface. Both the surface layer (separated into N₁ sublayers of uniform thickness) and subsurface layer (separated into N₂ sublayers of uniform thickness), whose refractive indices have different statistical distributions, are equivalent to inhomogeneous coatings, respectively. And theoretical deduction was carried out by employing characteristic matrix method of optical coatings. An example of mathematical calculation for optical properties of dielectric coatings had been presented. The computing results indicate that substrate subsurface defects can bring about additional bulk scattering and change propagation characteristic in thin film and substrate. Therefore, reflectance, reflective phase shift and phase difference of an assembly of coatings and substrate deviate from ideal conditions. The model will provide some beneficial theory directions for improving optical properties of dielectric coatings via substrate surface modification.     

Process-parameter optimization of Sb2O3 films in the ultraviolet and visible region for interferometric applications

The influence of different evaporation process parameters on the optical properties and constants of thin Sb₂O₃ films in the ultraviolet and visible region from 250 to 800 nm has been investigated. The most dominant parameters, namely the substrate temperature, rate of evaporation, and ambient oxygen pressure used during the deposition process and the post-annealing temperatures were optimised which resulted in low loss, dense and homogeneous Sb₂O₃ films. The optical constants and band gaps of these films were evaluated using their interference modulated transmittance spectra in case of both homogeneous and inhomogeneous conditions. Optimized films have been successfully used in developing multilayer high reflecting coatings for Fabry-Perot etalons along with the cryolite (Na₃AlF₆) films.     

Theoretical analysis of influence of substrate microdefects on polarized light properties of dielectric coatings

A model for refractive index of stratified dielectric substrate was presented according to inhomogeneous coatings theories. The substrate was divided into surface layer, subsurface layer and bulk layer along the normal direction of its surface. The former two layers were equivalent to inhomogeneous coatings. Theoretical deduction was executed by employing the characteristic matrix method of optical coatings, and one mathematical calculation example was presented. The results indicate that reflectance, reflective phase shift and phase difference of polarized light deviate from ideal conditions. It shows that substrate microdefects can induce volume scattering and change propagation characteristic of light both in coatings and substrate.     

Bright and dark solitons in the normal dispersion regime of inhomogeneous optical fibers: Soliton interaction and soliton control

Symbolically investigated in this paper is a nonlinear Schrödinger equation with the varying dispersion and nonlinearity for the propagation of optical pulses in the normal dispersion regime of inhomogeneous optical fibers. With the aid of the Hirota method, analytic one- and two-soliton solutions are obtained. Relevant properties of physical and optical interest are illustrated. Different from the previous results, both the bright and dark solitons are hereby derived in the normal dispersion regime of the inhomogeneous optical fibers. Moreover, different dispersion profiles of the dispersion-decreasing fibers can be used to realize the soliton control. Finally, soliton interaction is discussed with the soliton control confirmed to have no influence on the interaction. The results might be of certain value for the study of the signal generator and soliton control.     

电子通量对ZnO/K2SiO3热控涂层光学性能的影响

 研究了电子通量对ZnO/K₂SiO₃热控涂层光学性能的影响。分别采用通量为5×10¹¹/cm²·s，8×10¹¹/cm²·s，1×10¹²/cm²·s 和5×10¹²/cm²·s的电子对试样进行辐照。电子辐照下涂层的光学性能发生了退化，并且发现了退化涂层在空气中的“漂白”现象。分析了ZnO/K₂SiO₃热控涂层光学性能的退化机制，同时讨论了电子通量对太阳光谱吸收系数的影响。实验结果发现，在5×10¹¹～1×10¹²/cm²·s的电子通量范围内，电子通量对ZnO/K₂SiO³热控涂层光学性能的影响相同。因此在这个电子通量范围内，采用加速地面试验来模拟空间的电子辐照效应是有效的。     

非均匀性对增透膜增透特性的影响

通过对基底与膜层、膜层之间界面处非均匀性对增透膜增透性能影响的讨论,得到以下结论:在沉积初期,由于基底表面特性和沉积参数的波动,从而在基底与膜层之间产生过渡层,使增透性能减弱,对增透膜的增透效果影响较大;在膜层之间的过渡层,正余弦过渡使增透性能变强,双曲、指数使增透性能减弱,但影响较小,线性渐变基本没有影响。实验镀制了增透膜并对其进行拟合分析,发现基底与膜层以及膜层之间的过渡层按正余弦变化时与实验结果比较吻合,并给予了解释。     

双源共蒸法制备非均匀膜的模型分析

探讨了双源共蒸法制备非均匀薄膜的堆积模型，并给出了非均匀膜的沉积速率与两种膜料沉积速率的关系.当两种膜料的沉积单分子大小近似相等或者小分子沉积速率远大于大分子时，可以近似认为混合介质膜的沉积速率等于两种膜料的沉积速率之和；当两种膜料的沉积单分子大小不满足近似相等且两种膜料的沉积速率可比较时，非均匀膜的沉积速率不能简单地用两种膜料的沉积速率之和来近似，它将随两种膜料沉积单分子的大小不同和沉积速率比不同按照不同的规律变化，并在文中给出了不同情况下的非均匀膜的沉积速率变化规律. 关键词： 非均匀膜 共蒸法 模型