窄带薄膜偏光分束镜的研制及其性能测试

采用非MacNeille形式的薄膜偏光分束镜的设计,在K9基体上交替镀制了ZrO2和SiO2薄膜,从而在690 nm处实现了P光和S光的偏振分光.搭建了三个偏光测试系统对样品的偏光性能进程了测试,测试结果表明：透射率曲线和理论设计曲线吻合得很好;透射P光的消光比优于1.3×10－3,可以作为优良的起偏镜;入射角变小时其消光比呈变优趋势.     

基于TFCALC软件的薄膜偏光分束镜的设计

根据Macnielle薄膜偏光分束镜的设计原理,利用膜系设计软件对偏光分束镜进行优化设计.总结了偏光镜设计时参考波长、入射角以及膜层数随波长的变化规律,给出了LaK₂基底,ZrO₂和SiO₂为高低膜料的薄膜偏光分束镜优化设计方案,为薄膜偏光分束镜的设计和镀膜工艺提供了参考依据.     

薄膜光学 薄膜材料与器件

O484．41 2005042879 窄带薄膜偏光分束镜的研制及其性能测试=Design and test of narrow wavelength thin film polarizing beam-split- ting prism[刊,中]／孔伟金(曲阜师范大学激光研究所．山东,曲阜(273165)),吴福全…／／光子学报．-2004,33 (11),-1373-1376 采用非MacNeille形式的薄膜偏光分束镜的设计,在 K9基体上交替镀制了ZrO2和SiO2薄膜,从而在690 nm 处实现了p光和s光的偏振分光。搭建了3个偏光测试系     

1064nm分振幅光偏振测量仪的多层介质分束镜的设计和制备

设计和制备了一种用于1064nm分振幅光偏振测量仪(DOAP)的具有多层介质薄膜结构的差分相移分束镜。通过理论分析该DOAP系统的仪器矩阵参数,得到分束镜的最优参数,并用离子束溅射沉积方法制备了分束镜样品及其背面的减反射膜,其实测结果与设计值吻合较好。与单层薄膜分束镜相比,多层介质薄膜分束镜不受基板、膜层材料,以及入射角和工作波长的限制,具有更广泛的应用。     

13.9nm软X射线激光用大面积多层膜分束镜研制

基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜,用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm,厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作。用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级,同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%。     

13.9nm软X射线激光用大面积多层膜分束镜研制

 基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜，用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm，厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作。用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级，同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%。     

基于等效层法分析对称性倍频分束镜的半波孔

半波孔问题严重影响了倍频分束镜在高功率激光系统中的应用。为研究半波孔的产生机理,分别模拟了由高、低折射率膜层厚度失配和膜料色散失配引起的1/4波长对称规整膜系的半波孔。基于等效层理论,在Matlab平台上计算膜系的等效折射率E,绘出其对应的反射率极值包络曲线。通过研究对称膜系的等效折射率、反射率光谱和反射率包络之间的关系,从原理上分析了半波孔的大小、位置和变化趋势等特点。结果表明,膜层的厚度失配使对称膜系的等效折射率在光谱半波处产生截止带。膜层数越多,膜层厚度和膜料色散的失配越严重,则倍频分束镜的半波孔越深。     

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。     

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。     

Glan-Taylor棱镜端面增透膜的研制

为了提高Glan-Taylor棱镜的透射率,改善其使用性能,研究了Glan-Taylor棱镜增透膜的设计、制备及测试.经过多次工艺实验选择了膜料并找到了合适的蒸镀条件,较好的解决了膜层与冰洲石晶体的附着力,用膜系软件进行了优化设计,并利用电子束蒸发方法实际制备了设计的膜系.最后利用岛津UV3101分光光度计测试了棱镜端面增透膜的反射光谱特性,测量结果表明镀膜以后在设计的光谱区域内端面的反射率均小于0.4％,并且膜层牢固.     

光学平板偏振分光镜对称膜系的优化设计

提出一种新算法,用于优化设计对称膜系光学偏振膜。所设计膜系能保证在较宽的工作带宽内有高的消光比(>1000); 而且膜系结构简单,设计灵活,镀制该偏振膜容易实现。     

ZrO_2/SiO_2溶胶-凝胶薄膜膜层间的渗透行为

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO2薄膜、单层ZrO2薄膜、ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率。对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析,发现SiO2/ZrO2双层膜之间的渗透十分明显,而ZrO2/SiO2双层膜之间几乎不发生渗透。利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟,得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合。     

光学平板偏振分光镜对称膜系的优化设计

 提出一种新算法,用于优化设计对称膜系光学偏振膜。所设计膜系能保证在较宽的工作带宽内有高的消光比(>1000); 而且膜系结构简单,设计灵活,镀制该偏振膜容易实现。     

ZnS光窗上增透与带通频率选择表面组合膜设计

为满足红外和雷达复合制导飞行器带外隐身的要求,设计了一种ZnS基底上的红外高通雷达带通的频率选择表面(FSS)组合膜。设计并分析了作为初始结构的电感性网栅薄膜,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法分析了网栅膜基底上的开孔十字FSS结构,该结构谐振频点为31.75GHz,透射率为-0.38dB,其对应的理想导体(PEC)表面FSS的谐振频点为33GHz;为提高此组合结构的红外透射率,运用薄膜光学理论设计了由YbF3与ZnSe两种膜料组成的红外增透膜,膜层厚度为1.085μm。结合光刻与镀膜工艺制作了实验件,测试表明,该组合薄膜在测试雷达频段平均传输系数小于-7.51dB(谐振频点外),在谐振频点31.5GHz的透射率达到了-0.63dB;在长波红外平均透射率达到了87.95%。     

智能眼镜影像系统宽光谱广角度分光膜的研制

依据光学薄膜理论,建立膜系优化评价函数,利用软件优化膜系,实现0°~75°入射宽光谱P光分光膜的设计.选择H4和MgF2作为高低折射率材料,采用电子束及离子辅助沉积技术,来制备该分光膜.通过对膜层厚度误差分析,用晶控片单独控制相对敏感度较高的膜层,解决了薄膜制备过程中不能精确控制膜厚误差的问题.运用逆向分析法对实验测试结果进行模拟分析,通过改变膜厚修正因子,使P光透射光谱曲线更加平滑.光谱测试表明P光垂直入射平均透过率为60.3%,满足系统使用要求.     

ZrO2/SiO2溶胶-凝胶薄膜膜层间的渗透行为

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO2薄膜、单层ZrO2薄膜、ZrO2/ SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率。对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析,发现SiO2/ZrO2双层膜之间的渗透十分明显,而ZrO2/SiO2双层膜之间几乎不发生渗透。利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟,得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合。     

光学薄膜鲁棒设计中膜系误差灵敏度控制

提出了一种基于膜系误差灵敏度控制的鲁棒膜系设计方法,建立了鲁棒膜系设计评价函数在膜层参数误差统计分布下的解析表达式,避免统计样本数目有限性造成的样本均值与总体期望的误差,以及过大数目样本造成的长的计算时间消耗,并通过宽带增透膜、中性分光膜和线性透射率滤光片等多种薄膜的鲁棒设计实验证实了其在膜层参数误差控制上的效果。结果表明：该新型鲁棒膜系设计方法具有内在的快速算法特性,其设计膜系对镀膜中的膜厚监控误差不敏感,对于高质量薄膜的重复制备和批量成品率的提高具有实用价值。     

光学薄膜膜厚自动控制系统的研究

介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明：利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.     

人眼安全激光测距与红外成像滤光膜的研制

从人眼安全的角度,设计并制备了对1 064 nm激光抑制并可用于1 550 nm激光测距以及3 m～5 m波段红外成像的滤光膜。选用ZnS、YbF3作为膜料组合、多光谱ZnS作为基底,利用薄膜设计软件对薄膜进行了优化设计。膜系设计通过合理的厚度控制和膜层安排,来增强薄膜的机械强度。滤光膜的制备采用了电子束沉积技术,通过离子辅助沉积和真空退火处理技术,进一步提高滤光膜的牢固性。光谱测试表明:在1 064 nm处的透射率仅为0.5%,1 550 nm处的透过率为99.3%,3 m～5 m波段的平均透过率大于96%,经分析YbF3的折射率在薄膜沉积过程中有所提高,但是对光谱曲线影响不大;可靠性测试表明:滤光膜能够耐受恶劣的环境考验,满足使用要求。     

石英基底上可见光区减反射涂层的双层膜系设计

针对石英光学基底合理设计多层膜系是提高光学器件透射率的关键方法。设计了两种不同的膜系结构，运用导纳轨迹法分析这两种膜系的设计原理。利用光学薄膜设计软件Filmstar分别得到两种膜系的最优解，以使在可见光区膜系的平均透射率尽可能接近于100%。