双离子束溅射中红外SiO_2薄膜热稳定性研究（英文）

通过双离子束溅射方法在蓝宝石、硅衬底上制备了单层SiO_2薄膜,分析了SiO_2薄膜残余应力、表面形貌、微观结构以及光学性能(可见-近红外0.4~1.2μm和中红外3~5μm波段)在400℃~1 000℃温度范围内的演化规律.研究结果表明:在400℃附近,SiO_2薄膜残余应力存在局部极小值;SiO_2薄膜光学性能的演化与膜层表面质量、内部残余应力及微观结构变化密切相关;经1 000℃高温处理后,蓝宝石窗口表面SiO_2薄膜红外透射性能仍能保持很好的稳定性,且膜层表面没有出现显著的气泡、开裂等损伤形貌.该研究结果可为恶劣环境下光学窗口头罩表面薄膜系统的设计提供指导.     

微小平面透镜的激光加工

本文报导了利用光学破坏(光蚀—译者)法制造微小平面透镜的实验结果。实验中采用YAG 激光脉冲照射甲基丙烯酸甲酯板的方法加工微小平面透镜。微小平面透镜的折射率分布为洛伦兹形状。通过调整YAG 激光的照射次数、脉冲宽度和能量密度可获得透镜的最大折射率差为10~(-4)～10~(-3),透镜焦距为0.1～100cm,透镜直径为2～4mm。     

常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

在常压百级洁净度环境下,采用三种不同折射率的SiO₂溶胶在熔石英基底上涂制四种不同薄膜,利用光学理论计算模拟了三种胶体涂制的膜层稳定性,通过实验考查了膜层光学指标随时间的变化规律。SiO₂薄膜能够显著提升光学元件透射率,但由于膜层表面的大量羟基及其多孔结构,SiO₂薄膜易吸附周围环境中的有机污染物及水分填充膜层孔隙,从而导致膜层折射率发生变化,影响膜层透射率、反射率等光学性能。实验结果发现,三种溶胶凝胶化学膜在常压百级环境中的有效期为80 d(绝对变化率小于0.1%),且三种胶体涂制的膜层稳定性由高到低依次为折射率1.19, 1.15, 1.25的膜层。     

用于近场集成光学头的面阵平面微透镜

讨论了采用常规的光刻热熔法及灰度掩模技术制作非梯度折射率型平面折射和平面衍射微透镜的情况。定性地分析了在不同的工艺条件下可能得到的平面端面微光学器件的种类和形貌特征。给出了在石英衬底表面通过光刻热熔工艺和氢离子束蚀刻所得到的球面及圆弧轮廓特征的凹形掩模的SEM照片 ,并对用于近场集成光学头的平面微透镜和半导体激光器的集成结构作了初步分析。利用这一技术所制成的平面折射微透镜可以很方便地与半导体光源等器件匹配耦合及集成固联     

退火温度对Ta_2O_5/SiO_2多层反射膜结构和应力特性的影响

介质膜反射镜是星载激光测高仪系统中不可缺少的薄膜元件,其面形质量直接影响探测系统测距的分辨率和精度.本文采用离子束辅助电子束蒸发工艺在石英基底上沉积Ta_2O_5/SiO_2多层反射膜,并在200—600℃的空气中做退火处理.通过X射线衍射、原子力显微镜、分光光度计及激光干涉仪等测试手段,系统研究了退火温度对Ta_2O_5/SiO_2多层反射膜结构、光学性能以及应力特性的影响.结果表明:Ta_2O_5/SiO_2多层反射膜退火后,膜层结构保持稳定,膜层表面粗糙度得到有效改善;反射膜在500—600℃退火后,残余应力由压应力向张应力转变;采用合适的退火温度可以有效释放Ta_2O_5/SiO_2薄膜的残余应力,使薄膜与基底构成的介质膜反射镜具有较好的面形精度.本文的实验结果对退火工艺在介质膜反射镜面形控制技术方面的应用具有重要意义.     

单层SiO2物理膜与化学膜激光损伤机理的对比研究

采用离子束溅射沉积技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了厚度相近的SiO₂单层介质膜，用表面热透镜技术对两类膜层分别进行了热吸收及实时动态热畸变实验测试，结合散射光阈值测试及实验前后膜层的显微观测，对相同基底、相同膜层材料而采用不同方法镀制的光学膜层，发现化学膜的强激光损伤阈值远高于相应物理膜；从热力学响应及膜层特性差异的角度揭示了化学膜层的强激光损伤阈值远高于相应物理膜层的微观机理，即物理膜具有高吸收下的致密膜层快传导的基底热冲击效应，而化学膜则有低吸收下的疏松空隙填充慢传导的延缓效应，大量的实验数据及现象都证实了这一结论. 关键词： 强激光辐照损伤 损伤形貌 热冲击 热吸收     

单层SiO2物理膜与化学膜激光损伤机理的对比研究

采用离子束溅射沉积技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了厚度相近的SiO2单层介质膜,用表面热透镜技术对两类膜层分别进行了热吸收及实时动态热畸变实验测试,结合散射光阈值测试及实验前后膜层的显微观测,对相同基底、相同膜层材料而采用不同方法镀制的光学膜层,发现化学膜的强激光损伤阈值远高于相应物理膜;从热力学响应及膜层特性差异的角度揭示了化学膜层的强激光损伤阈值远高于相应物理膜层的微观机理,即物理膜具有高吸收下的致密膜层快传导的基底热冲击效应,而化学膜则有低吸收下的疏松空隙填充慢传导的延缓效应,大量的实验数据及现象都证实了这一结论.     

表面改性多孔二氧化硅减反膜的稳定性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备SiO_2溶胶,通过提拉法涂制多孔SiO_2减反膜,并在多孔SiO_2减反膜上涂制一层甲基三乙氧基硅烷(MTES)预聚体。通过疏水的MTES预聚体涂制在多孔SiO_2减反膜上,对多孔SiO_2减反膜的表面进行改性,以提高膜层的环境稳定性。经过表面改性的复合膜层的透过率峰值可达99.67%,折射率为1.231,水接触角达123.6°,在相对湿度为95%的环境中放置475 d后膜层的峰值透过率为99.09%,稳定性提高明显。膜层表面平整,激光损伤阈值约为24.5 J/cm~2。     

紫外多层减反射膜

一、图的简要说明图1是由O·A·Motovilov等人制作的紫外波段内双层减反射膜的光谱特性曲线图。基底为水晶,膜系为四种:(1)ZrO_2+SiO_2;(2)HfO+SiO_2;(3)、(4)Sc_2O_3+SiO_2。图2是表示中心波长为2600A、膜厚为λ/4的单层膜在2000A处的反射率矢量图。图中,实线表示折射率为1.5的基底在空气(折射率=1)中,反射率小于2%膜层的折射率范围;虚线表示折射率为1.25时的矢量。     

衍射透镜的精确设计方法

根据光线在基板和衍射层中实际光路作者导出了衍射透镜的精确设计计算公式,基于这种公式设计出的微透镜的成象质量优于基于简化公式设计的衍射透镜.本文介绍这些严密的设计公式和设计过程,给出了工作波长λ=0.6328μm、直径2R=300μm、基板(折射率ns=1.51)厚1000μm、衍射层折射率nd=1.56的微透镜设计面形以及象点的能量分布.     

微小平面透镜的激光加工

本文论述了利用光损伤(光蚀)制造微小平面透镜的实验结果,实验中使用脉冲YAG激光照射MMA(甲基丙烯酸酯)板的方法加工微小平面透镜。微小平面透镜的折射率分布具有洛伦兹形状,通过调整YAG激光的照射次数、脉冲宽度和能量密度,得到了透镜的最大折射率差10~(-4)～10~(-4),焦距100～0.1cm,透镜直径2～4mm等数值。     

读者信箱

答读者: 1.什么叫集成光学?它有哪些应用? 从1969年起世界上出现了一门新学科——集成光学。集成光学这个词是仿效集成电路而命名的,指的是采用类似半导体集成电路的技术,把各种光学器件(如激光器、透镜、棱镜、调制器等)都制成薄膜形式、并把这些器件集成在一块公共的基板上,构成具有一定功能的微型光学系统——集成光路。集成光路体积极小,如整个光学系统排列在面积仅一平方厘米左右的基片上。     

氟-氧化物复合薄膜的特性研究

以SiO_2、TiO_2、YF_3为单组分材料分别制备了SiO_2/YF_3、TiO_2/YF_3复合薄膜,探究复合后膜层的光学、力学以及抗激光损伤性能的变化情况.采用双源共蒸技术,通过控制膜料蒸发时的沉积速率制备了混合摩尔比为1∶1的两种氟氧化物复合薄膜,对复合膜层的折射率、消光系数、透射特性、表面形貌、粗糙度进行了测量,并研究了其抗激光损伤性能.结果表明:SiO_2/YF_3、TiO_2/YF_3复合膜层的折射率分别为1.478 7和1.864 6(波长550 nm),介于单组分材料之间(YF_3为1.493 6、SiO_2为1.465 1、TiO_2为2.048 3),且均呈现正常色散分布;ZYGO干涉测量的结果显示,SiO_2/YF_3膜层的应力值为1.9 GPa,比单组分材料SiO_2和YF_3的0.4 GPa大但粗糙度小;TiO_2/YF_3膜层的应力值为0.8 GPa,比TiO_2的3.9 GPa应力小但较YF_3大,表现出较明显的应力调节效果;SiO_2/YF_3复合薄膜的激光损伤阈值为9.2 J/cm~2,相比于单组分的SiO_2提高了2.2%,较YF_3提高了39.2%;TiO_2/YF_3的激光损伤阈值为7.8 J/cm~2,相比于单组分的TiO_2薄膜而言提高了85.6%,较YF_3提高了17.4%.通过双源共蒸技术沉积得到的氟氧化物复合薄膜,吸收小、膜层折射率可调;SiO_2/YF_3、TiO_2/YF_3复合膜层的抗激光损伤性能均优于单组分材料;YF_3的掺杂能够明显降低单一TiO_2材料的应力,但SiO_2/YF_3的应力大于单组分的SiO_2、YF_3薄膜.     

一种大入射角容差宽带薄膜偏振器

通过组合长波通和短波通膜堆的方法,设计并制备了一种大入射角容差宽带薄膜偏振器。该薄膜为HfO_2/SiO_2结构,采用无离子束辅助的电子束蒸发工艺,蒸发金属铪和SiO_2制得。对该膜的透射率光谱、激光损伤阈值和形貌进行了研究,结果显示其不仅在1044~1084 nm波段内都具有很高的对比度,而且在1064 nm波长、53°~60°的入射角范围内具有很大的消光比和激光损伤阈值,且损伤特性基本不随入射角变化。该偏振器的P光损伤阈值约为20 J/cm~2,损伤主要由基板与薄膜界面处的纳米级缺陷所引起;S光损伤阈值约为45 J/cm~2,损伤主要由激光辐照下薄膜表面的等离子烧蚀现象引起。     

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。     

基于PDMS基片的可变焦柱透镜

设计并制作了一种基于聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）基片的可变焦微型柱透镜。这种柱透镜主要由一根埋入PDMS基片中的玻璃毛细管构成,通过选择毛细管内液体的折射率实现变焦功能。液体折射率为1.451 8～1.550 2时,柱透镜焦距可由21.369 mm减小到3.362 mm,变焦倍数达到6.4倍。用散射光成像方法观察并拍摄了平行光通过这种可变焦柱透镜后的光线轨迹图;用ZEMAX光学设计软件摸拟了成像过程,模拟结果和实验图像相符;用高斯光学的逐次成像方法推导出了这种柱透镜的焦距公式,焦距的计算结果和实验以及模拟结果吻合。PDMS基片中可变焦微型柱透镜的成功制作,为＂芯片上的实验室＂提供了一种重要的光学成像元件。     

一种新颖的激光准直系统的研究

本文用等效望远镜系统的方法研究了锥形梯度折射率纤维透镜用作激光准直系统的原理和特性,指出这种新颖的激光准直元件可望在微型光学和波导光学中获得新应用。     

溶胶-凝胶法制备汽车后视镜

采用溶胶-凝胶法镀膜技术在玻璃基板上用高折射率TiO2和低折射率SiO2材料交替镀1／4波长膜层，形成高反射膜系，制备了汽车亲水性后视镜．利用F-P腔理论，计算了两面镀膜样品在可见光区的透射率，得到的结果与实验结果相吻合．     

具有超低反射率的折射率渐变封装结构

采用电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-PECVD)技术,在室温下制备了具有折射率渐变特性的SiO_2材料,并对制备工艺与SiO_2材料光学特性之间的关联性进行研究。结合椭圆偏振光谱仪拟合得到的结果,对基于折射率渐变SiO_2材料膜系封装的钙钛矿电池表面的抗反射特性进行模拟后发现,其抗反射特性优异,在550 nm处反射率可低至0.5%。本研究为兼顾光学特性的低温钙钛矿电池封装提供了一种可参考的技术方案。     

以二氧化钛为主的光学薄膜

本文描述在氧气中用反应蒸发一氧化钛法在光学表面上淀积二氧化钛膜(膜的折射率 n=2.5),研究膜层折射率与温度的关系,得到了以二氧化钛为主的单层和多层分光膜的光谱透过率。