波长渐变滤光片的设计与测试探讨

基于膜厚渐变-波长渐变的原理设计了波长渐变滤光片,介绍了基于反应磁控溅射镀膜工艺制造波长渐变滤光片的制备工艺,设计了渐变膜厚的修正掩膜板。探讨了波长渐变滤光片的测试技术。     

1064 nm负滤光片的设计与制备北大核心CSCD

针对当前可见-近红外光电探测器的激光防护要求,研究了1064 nm负滤光片的设计和制备。基于等效折射率理论,综合考虑光谱和场强分布优化,设计了由SiO2/Y_(2)O_(3)/H4组合的规整膜系和SiO2/H4组合的非规整膜系负滤光片;采用离子束辅助热蒸发沉积方式对负滤光片进行了制备,并测试了其光学和抗激光损伤性能。结果表明:在膜系结构G|(0.5LH0.5L)s|A两侧匹配减反膜可以有效减小通带波纹,调整膜系最外层厚度可以同时改善膜系的光谱特性和电场强度分布。镀制的规整膜系负滤光片在400~900 nm和1200~2000 nm波段平均透过率分别为89.98%和93.21%,1064 nm透过率为1.29%,激光损伤阈值为6.0 J/cm^(2);非规整膜系负滤光片在650~900 nm和1200~2000 nm波段平均透过率分别为93.70%和94.99%,1064 nm透过率为1.60%,激光损伤阈值为6.8 J/cm^(2)。     

2000—2500埃法—珀型金属—介质干涉滤光片的制备(研制进展报告)

用铝膜作高反射层,氟化镁膜作间隔层,采用双半波二级次与一级次滤亢膜系相结合,制成了2500埃以下波段具有高度自截止的远紫外窄带滤光片。主峰透射率≥25％,通带半宽度为150—180埃,对比度优于200。基本无旁带次峰,解决了不用远紫外玻璃来消除次峰的困难。在制备中,改进了铝膜镀制工艺和厚度控制方法,提高了金属—介质膜滤光片主峰波长定位精度,用普通的镀膜设备研制成功了满足燃化工业所要求的远紫外滤光片。     

中波红外短波通滤光片的设计与镀制技术研究

研究了中波红外宽光谱短波通滤光片优化设计和镀制,论述了设计该种滤光片的原则和方法。根据等效折射率理论,以周期性对称膜系为基础,使用部分膜层优化方法,设计了中波红外宽光谱短波通滤光片,在2 300～4 700 nm透射波段范围上的平均透射率设计值大于90%,在5 000～6 300 nm截止波段范围上的平均透射率小于1.00%。采用"会聚光红外光学系统"和等离子体辅助沉积工艺实验制备了滤光片。实验表明,在透射波段范围上的平均透射率约为83%,截止波段的平均透射率约为0.45%。结果表明,部分膜层优化方法设计的膜系,膜层结构简单,有利于膜层厚度的监控。     

诱透射带通滤光片设计

本文利用势透射率概念设计诱透射滤光片(以下简称IT滤光片)。分析了这种滤光片的通带形状,通带半宽度,峰值透射率,截止深度等与吸收层的几何厚度d,介质膜系折射率之差值n_h—n_L,以及组成λ/4堆的周期数P之间的关系。设计结果表明,对于任意厚度的吸收层,只要合理设计匹配层与λ/4堆,便可以得到通带形状良好,峰值透射率接近最大势透射率,长波无旁通带并且截止很深的IT滤光片。本文还给出了包含吸收膜堆的IT滤光片设计,以及得到高峰值透射率和窄通带半宽度的方法。     

基于TiO_2/SiO_2材料的短波通滤光片的设计与制备

根据短波通滤光片的设计原理,采用二氧化钛和二氧化硅作为高折射率材料和低折射率材料,从理论上计算出用这两种材料设计的短波通滤光片所需要的周期数及主膜系,并用膜系设计软件对该膜系进行优化。依照改进的设计,采用电子束蒸发的方法制备出符合要求的短波通滤光片,并找到最佳制备工艺和方法。UV-3100分光光度计测量结果表明,在波长380-670nm处,平均透射率T90%;在波长690-800nm处截止,平均透射率T1%,镀制膜层的透射率曲线与理论曲线符合技术要求。     

太阳能模拟器滤光片的研制

太阳能模拟器作为研究航天科技卫星空间环境模拟和太阳能电池的检测与标定的必要模拟设备,越来越受到人们的关注,其中,模拟器滤光片(AM1.5)是太阳能模拟器的关键元件。本文依据标准大气光谱和标准氙灯的光谱曲线,得到了AM1.5型太阳能模拟器滤光片的透射率光谱曲线。在此基础上用TFC膜系软件对该滤光片的膜系进行了设计、优化,并对该膜系进行了镀制工艺研究。光谱测试结果表明,所研制的滤光片的中心波长950 nm处的透射率T=15%,半宽度350 nm;400~750 nm波段内,平均透射率Ta≥95%,1200~1400 nm内平均透射率Ta≥92%。光谱辐照度测试结果表明,其辐照匹配度在0.89~1.09之间,达到A类滤光片要求。     

线性渐变滤光片镀制挡板设计

提出了一种膜厚修正挡板的设计方法,分析给出了使用挡板情况下基片膜厚和监控片膜厚的关系,对线性渐变滤光片镀制挡板进行了设计,给出了设计结果。用设计的挡板成功镀制了线性渐变滤光片,并给出了镀制结果。     

双光束镀膜系统中的信号优化处理研究

为提高光电极值法膜厚监控质量,对微弱光电探测信号设计一套优化的电路处理和数字处理系统。基于双光束镀膜监控思想,提出三级模拟放大电路、双锁相对称放大电路、综合抗干扰技术、数字除法、防脉冲干扰数字滤波、数码显示线性化、剔除奇异数据和ΔR值极值判断等信号综合处理方案。实验表明:电路的测试路输出和参考路输出信噪比均大于500,漂移率≤7%/h;数码显示对反射率响应的灵敏度在整个反射率范围内均比较大,数码显示值的线性回归系数为0.979,低反射率膜的反射率显示分辨极限为0.02%;镀膜中极值点监控信号的不确定度至少比通用系统降低1个数量级,漂移率接近于0。采用此方案对微弱膜厚信号的高精度、高稳定性检测大大提高了膜厚监控系统的静态、动态稳定性和膜厚控制精度,膜厚控制的标准偏差为0.55%。     

双半波窄带多层介质干涉滤光片

本文叙述了双半波滤光片的设计与制备工艺,列出了23层与31层对称和非对称双半波滤光片的主要参数。讨论了出现通带劈裂现象的原因。介绍了一种新型的胶合方法并给出了部分实验结果。     

行星夹具膜厚均匀性分析

利用数学理论模型对平面行星夹具进行膜厚分布分析;然后采用电子束蒸发技术,以常用的Ta2O5和SiO2作为镀膜材料,在该行星夹具上分别沉积一定厚度的Ta2O5和SiO2单层膜,通过对光谱曲线的分析得两种膜料的膜厚的不均匀性都5%,并模拟得出两种膜料大概的蒸发特性n值。为了得到更好的膜厚均匀性,在蒸发源和行星夹具之间加装修正板,同样沉积一定厚度的Ta2O5和SiO2单层膜,此时两种膜料的膜厚的不均匀性减小到1%。     

多通带荧光滤光片的膜系设计

针对多色荧光检测的应用需求,本文提出一种多通带滤光片膜系的设计方法,该方法以传统的Fabry-Perot模型为基础,采用带通膜系嵌套的方式构成基础膜系,计算调整其峰位因子和带宽匹配系数,可以实现对基础膜系通带位置、通带带宽的连续调节,通过Essential Macleod软件优化计算,在保证背景深截止的同时能够得到矩形化良好的波形。     

18.2nm正入射显微成像系统滤光片的研究

18．2nm正人射显微成像系统用多层膜可极大地提高18．2nm的反射率，但它对紫外、可见和红外光也产生很高的反射。显微成像系统用的激光等离子体光源会在红外到敦X射线产生大量的辐射，18．2nm正入射显微系统用的胶片对所有光谱都十分敏感。因此，182nm正人射显微成像系统需要用滤光片滤除不需要的光辐射并对18．2nm的软X射线有较大的透射比，这样才能获得18．2nm的软X射线像。本文讨论了18．2nm正入射显微成像系统用滤光片的设计、制作及其特性。为了去除滤光片膜中的应力，用交替蒸镀Al和C多层膜的方法来制备法光片，铝和碳膜是用磁控溅射法制备的。针孔透过率和成像实验表明，所制备的滤光片满足了18．2nm正入射显微成像系统对滤光片的要求，并且为进一步制备其他薄膜滤光片打下了基础。     

车载主动式红外夜视系统中带通滤光膜工艺研究

在车载主动式红外夜视系统中,为满足光学系统对滤光膜的要求,提出一种800～1000 nm带通滤光膜,以实现夜间大视觉范围、降低背景中杂散光干扰以及提高成像质量的要求。针对车载主动式红外夜视系统中带通滤光膜的参数要求,以薄膜材料应用技术为基础,优化、设计带通滤光膜系结构。采用OTFC-1300镀膜机制备薄膜,建立评价函数,通过牛顿迭代法优化薄膜结构,调节敏感膜层厚度,优化工艺,解决了实际镀制的薄膜通带中心区域透过率低,以及光谱曲线边缘起伏震荡大的问题,最终制作了光学性能好的滤光膜。测试表明:在800～1000 nm波段平均透过率大于99%,在380～780 nm波段平均透过率小于3%,在1064～1270 nm波段平均透过率小于2%,该滤光膜可以满足车载主动式红外夜视系统环境使用要求。     

连续激光辐照窄带滤光片软损伤研究

利用YAG激光对ZnSe/MgF2窄带滤光片进行连续辐照研究,发现滤光片的通带发生了漂移, 严重时通带完全飘离使用波长,使其光学性能完全失效,即滤光片出现软损伤。根据实验结果和温度场分布,模拟了滤光片在连续激光辐照下的温度响应和光学性能失效过程,结果表明ZnSe材料的折射率温度梯度是引起软损伤的主要因素。     

高隔离度干涉截止滤光片的设计与制备

根据光通讯无源器件和激光探测仪器对光学薄膜的特殊需求，采用解析法和自动优化法综合设计了高隔离度的干涉截止滤光片，分析了膜厚改变2％对设计膜系的透过率曲线的影响，通过莱宝APS1104镀膜机对所设计的膜系进行了实际镀制，获得了性能优良的高隔离度截止滤光片．     

应力对多层薄膜窄带滤光片透射特性的影响

利用薄膜应力公式和弹性力学的小挠度弯曲理论,分析了多层薄膜应变与薄膜厚度变化的关系,建立起基片曲率与薄膜厚度变化关系的理论模型,提出了多层薄膜各层厚度不均匀变化的关系式。膜厚均匀变化只影响中心波长的漂移,而这种膜厚不均匀变化不仅引起中心波长也引起光谱的退化。在基片由10mm厚减薄到1．0mm时,对100GHz的窄带滤光片的模拟结果为中心波长减小0．977nm;0．5dB带宽减小0．19nm。引入膜厚随机误差的模拟结果为中心波长减小1．066nm;纹波增加0．36dB;峰值插损增加0．32dB,光谱进一步退化了。说明了基片曲率变化引起的光学薄膜厚度变化的不均匀性是引起这种窄带干涉滤光片光谱退化的主要原因之一。     

遗传算法在窄带滤光片膜系设计中的应用

研究了遗传算法在窄带滤光片膜系设计中的应用。介绍了遗传算法的运算原理、适应度函数和运行参数的涵义;建立了窄带滤光片的评价函数和适应度函数,并给出其遗传算法的程序设计方法;以带宽4nm、中心波长1.55μm的窄带滤光片为例进行了遗传算法的实际膜系设计。结果表明遗传算法适用窄带滤光片的膜系设计。     

真空蒸发镀膜设备性能的改进

为提高镀膜设备的效率及可靠性,以适就应技术发展需要,对真空镀膜设备的设计制造(重点是箱式前开门型设备)方面,对镀膜审的布局,基片装载量及真空系统的配置和电气控制等方面进行了适当的改进,提高挡次.并尽可能留有增加可选配功能部件的装配位置,如光学膜厚测量控制装置和石英晶体膜厚测量控制仪,低能宽束离子源,氩离子射频轰击装置等改进膜层质量,扩大功能适应各种使用要求.     

小圆形平面靶倾斜磁控溅射镀膜均匀性研究

基于小圆形平面靶倾斜磁控溅射的实际情况,针对靶材环形刻蚀槽与水平工件台存在夹角的特点,建立数学模型。利用MATLAB软件进行模拟仿真,研究靶材与工件台正对且高度固定时,不同夹角对膜厚分布的影响。我们发现在工件台相对靶材的水平距离上,膜厚先增加后降低。当靶材夹角适当时,在工件台固定的区域范围内,薄膜沉积速率的变化近似直线。根据薄膜厚度在工件台水平面呈圆弧状递减分布实际特点,模拟出在4英寸的衬底上片内均匀性。根据模拟结果,我们在4英寸的衬底上制备出片内非均匀性小于0.6%的氮化钽薄膜,验证了数学模型的合理性,并解释了非均匀性的实验结果优于模拟计算结果的原因。这为设计制造磁控溅射镀膜设备提供了参考。