不同沉积温度下非晶硅光学薄膜的光学特性研究

光学薄膜的光学特性是薄膜设计与制备的基础。硅材料是红外光学薄膜中一种重要的高折射率材料。研究了在不同沉积温度下非晶硅光学薄膜的折射率和消光系数的变化。结果表明,在200℃时,硅薄膜折射率最大,消光系数随温度升高而减小。     

温度变化对金属Ag膜反射镜偏振特性的影响研究

空间遥感应用中的光学有效载荷对系统偏振控制提出了越来越高的要求,作为常用的宽光谱反射镜,金属银(Ag)膜反射镜的偏振特性随着环境温度的改变而变化。本文设计并制备了低偏振灵敏度的Ag膜反射镜,研究了反射镜在45°和60°入射角下,从室温25℃升温到150℃时的偏振特性变化和反射光谱变化情况。随着温度的升高,Ag膜的折射率在350~1 200 nm波长范围内有所增加;Ag膜反射镜的反射光中s和p光的相位差Δ在350~600 nm波长范围内减小,在600~650 nm波长范围内基本稳定,在650~1 200 nm波长范围内增大。温度上升到125℃时,Ag膜和反射镜表面形貌发生改变,增加了表面散射和吸收,导致350~900 nm波段反射率降低,在波长350 nm附近的降低约25%。     

多层红外光学薄膜的热应力分析

通常红外光学薄膜是在较高温度下制备得到的。 在低温下应用时,其产生的热应力会显著影响其光谱性能和可靠性。利用传统桥梁弯曲理论和膜层间位移协调条件分析了多层膜中的水平应变、弯曲应变和热应力分布情况。在详细推导的基础上, 根据膜层厚度远小于基片厚度的实际情况, 得出了多层膜中热应力的简化计算公式。结合长波红外窄带滤光片实例, 分析了其多层膜中热应力的数值大小和分布情况。     

光学薄膜与系统的偏振控制

在先进遥感仪器的性能表征中,偏振灵敏度是很重要的性能指标之一,它在量化高精度遥感信息反演中非常重要。光学薄膜是仪器偏振灵敏度控制中非常重要的一种手段。基于薄膜光学的传输矩阵理论,根据偏振灵敏度控制要求开展了几类光学薄膜的设计、分析和研制工作,主要包括金属反射膜、介质-金属-介质分色膜、介质分色膜、增透膜和带通滤光膜等。给出了一些已研制光学薄膜的偏振灵敏度控制的实测结果和以此研制的遥感仪器的系统偏振灵敏度的控制情况。     

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。     

衬底温度对硒碲铅薄膜结构及红外光学性能的影响

使用Bridgman法生长的PbTe0.92Se0.08材料在硅衬底上沉积硒碲铅薄膜,采用X射线衍射(XRD)、电子扫描显微术(SEM)、能量散射X射线分析(EDAX)对薄膜的结构、表面形貌和化学配比进行了分析.结果表明,沉积的硒碲铅薄膜为多晶结构,具有明显的择优取向,晶粒为矩形.衬底温度对硒碲铅薄膜的红外光学性能有明显的影响,薄膜的折射率在5.2到5.8之间,消光系数均小于0.1,在波长大于6μm的红外光谱范围,一定衬底温度沉积的薄膜消光系数具有10-3量级.研究表明,硒碲铅材料在红外光学薄膜领域具有应用前景.     

可见-红外宽光谱的两种分色方法

空间光学遥感仪器的工作光谱往往覆盖从可见到长波红外的宽光谱范围,它们是利用数个甚至二十多个光谱通道获取信息的.因此通常需要一个覆盖全光谱的分色片将光谱一分为二,将不同光谱分配到透射和反射光路中.通过对基片材料、膜层材料、膜系结构的设计和分析,得到可见-红外宽光谱的两种分色方法.利用真空中的光学薄膜沉积技术,制备出了两类性能良好的可见-红外宽光谱分色片,光谱覆盖范围0.4μm～13μm,可见光区透射率大于80%,6μm ～13μm的长波红外反射率大于90%.     

低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪III 型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05 μm光谱高效透射,1.35~13 μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度（LPS）。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。     

宽角度位相调控反射镜的设计与研制

宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件,用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论,采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构,设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb₂O₅和SiO₂分别作为高、低折射率薄膜材料,通过误差分析,优化沉积工艺,采用电子束蒸发结合离子辅助沉积的方式,在德国莱宝Lab900-plus设备上制备出该薄膜元件。研制结果表明,反射镜在780 nm处、45°±7.5°入射范围内,其反射率大于99.3%,位相差控制在3°以内,满足量子通信系统的反射率及位相差控制要求,且通过相关环境模拟实验,满足可靠性要求,为该类偏振调控薄膜元件在下一代中高轨量子卫星中的工程应用打下了坚实的基础。     

组合套镀法制备2.0～2.4 μm波段8通道微型集成滤光片

利用组合套镀法布里珀罗结构光学薄膜滤光片间隔层的方法,选取锗和一氧化硅分别作为高低折射率膜层材料,在短波红外区域2.0～2.4 μm光谱范围内,设计并制备了8通道集成窄带滤光片,单个光谱通道的有效通光区域的宽度为450 μm,其间有30 μm的挡光过渡带。各通道的峰值光谱透射率大于65%,滤光片的半峰全宽为8～13 nm,相对带宽在0.33%～0.65%之间。