中短波红外双带通低温滤光片的设计与制备

双带通滤光片可以在元件的任意一个几何位置上同时透过两个光谱通道,从而实现双光谱通道的同时探测。文中研制了一种在100 K低温下使用的短波和中波红外双带通滤光片,选用Ge和SiO分别作为高低折射率膜层,在蓝宝石（Al₂O₃）基片上设计了具有Fabre-Perot(F-P)结构的短波通道滤光膜系和中波通道滤光膜系,它们在另一通带位置兼具增透能力,组合形成了包含短波通道(2.60~2.85 μm)和中波通道(4.10~4.40 μm)的双带通滤光片。Ge和SiO薄膜分别以电子束和电阻热蒸发的方式在高真空环境中完成沉积。测试结果显示,在100 K低温下,短波和中波通道的平均透射率分别达到91.2%和87.7%,顶部波纹幅度分别为2.1%和3.8%,波长3.00~3.95 μm光谱区域内的截止深度低于0.1%。该双带通滤光片在低温下的光学性能满足光学成像仪器的光谱应用要求,有利于更加精确的红外遥感和探测。     

高通带透过度和宽截止带滤光片的设计和工艺

光固化医疗仪器要求滤光片具有高的蓝光透过率并能反射掉碘钨灯的发热光谱。用等效层原理设计的短波通宽截止带滤光片,不仅能压缩通带波纹,并使膜系仍可用极值法监控,大大改善膜系的工艺性。计算和实验还表明:第二膜堆的监控参数对保持通带     

基于OpenFilters的He-Ne气体辉光压制窄带滤光片

为了解决环形激光器小型化中信号信噪比随腔长减小而下降的问题,设计了一种能压制He-Ne气体放电辉光而不影响激光光强的窄带滤光片。基于OpenFilters软件独有的step自动膜系设计方法,以初始膜层厚度为线索,设计了符合光谱特性实际应用要求的多个非规整膜系结构。考虑膜层数、膜层厚度及应力等因素,选出便于石英晶振监控的窄带滤光片。在45的入射角下,该滤光片对s偏振光在632.8nm处的峰值透射率为99.9%,通带半峰值全宽为5.2nm,截止带平均透射率为1.35%。结果表明,该滤光片可有效压制He-Ne气体的放电辉光,提高小型环形激光器的信噪比。     

空间用宽截止长波红外带通滤光片的设计与镀制

针对空间用宽截止长波红外带通滤光片具有通带内平均透射率高、抑制带截止深度深、波纹系数小,可适应复杂环境条件、具有高稳定性和高可靠性等特点,论述了宽截止长波红外带通滤光片的设计原则和方法.采用"会聚光红外光学系统"和等离子体辅助沉积工艺成功镀制了空间用宽截止长波红外带通滤光片.指出等离子体辅助沉积工艺更有利于长波红外滤光片膜层的显微结构改善和残余应力的消除.     

940 nm滤光片的设计、制备及低角度效应的研究

本文对人脸识别中使用的940 nm窄带滤光片进行设计及制备,研制一种具有低角度效应的窄带滤光片。选择TiO₂、SiO₂作为高、低折射率材料,在Essential Macleod软件中对膜系进行设计,通过改变间隔层材料对膜系进行优化,最终设计的膜系层数为11,膜系总厚度为2480.76 nm。采用电子束热蒸发沉积技术对薄膜进行镀制,使用傅里叶红外光谱仪完成透射率光谱特性测试。最终研制的滤光片中心波长为940 nm,在截止区间（200~1100 nm）内,通带透射率大于80%,平均截止透射率小于1%,0°~22°通带偏移量为14 nm。     

中波红外双通道带通滤光片的研制

采用在单晶锗基底的两面分别设计中波红外带通滤光膜和中波红外负滤光膜的方法,设计了一种光谱性能优良的中波红外双通道带通滤光片。以适当的工艺技术完成了膜层的制备,并测试了实验样片的红外透射率光谱。结果显示,制备的中波红外双通道带通滤光片的通带透过率以及截止带截止深度均良好。由实验结果分析可知,镀膜材料蒸发角的变化和各层膜厚误差的累积,是导致实验片的测试光谱在截止带内出现两个较强的次峰,以及中间截止带略微偏移的主要原因。     

宽截止高Q值带通滤光片研究

选取TiO₂和SiO₂作为高、低折射率材料，采用传统设计方法(将长波通膜系和短波通膜系分别镀制于基底两侧，厚度分别为1.67μm和8.67μm)设计了蓝宝石基底宽截止高Q值带通滤光片。为避免膜厚差值过大导致的滤光片面形变化较大问题，重新调配了基底两侧的膜系，优化后两侧膜层的数量分别为49层和50层，膜层厚度分别为5.73μm和4.22μm。采用电子束蒸发物理气相沉积法镀制薄膜，并用分光光度计测试了样品的透过率。实验结果表明，样品在通带(521～596 nm)内的平均透过率达到96.59%，在截止区域的平均透过率为0.076%，通带矩形度为0.95，通带两边过渡带的陡度均为0.89%，具有高Q值的滤光片特性。此外，实验曲线和设计曲线的一致性较好，验证了优化两侧膜系结构的有效性。     

基于包-全法的红外滤光片光学参数测量方法

为了研究准确性更高的复杂多层膜光学参数测量方法,测量实际镀制红外带通滤光片的光学参数,对红外滤光片研制过程的设计优化与工艺的改进具有重要的指导作用。首先,在研究传统薄膜光学参数光谱测量方法的基础上,提出了包-全法,并研究了该方法的基本思想、物理模型以及优化算法;其次,设计制备了2 000~8 000 nm谱段内膜料单层膜和高透射率、宽截止中波带通红外滤光片,通过对比测量单层膜光学参数反演计算光谱与实测光谱的差异,验证了包-全法测量膜料单层膜光学参数的准确度及有效性,依据测量结果确定了膜料色散关系,甄别了膜层工艺的优劣;最后,采用包-全法与全光谱拟合反演法对红外滤光片的光学参数作了对比测量验证。结果证明:该方法能够准确测量红外滤光片的光学参数,测量结果可用于指导修正设计与工艺之间的匹配性,进而研制了性能更好的红外滤光片。     

窄带负滤光片膜层的制备

介绍了光学产品用负滤光片的特点.负滤光片适用于镀制要求某一光谱范围高反射率、其他波段范围高透射的光学零件.讨论了窄带负滤光片膜层的结构特点、反射带宽度、反射率值与膜料及膜系的相对关系,给出了典型的理论光谱特性曲线.镀制出了接近理论光学特性的窄带负滤片膜层,膜层的中心波长定位精度2 nm,中心波长漂移不大于2 nm,非胶合状态下可直接在大气环境中使用.     

酒精蒸汽激光检测系统滤光器件的研制

为提高酒精检测系统的信噪比,根据比尔-朗伯定律确定双通窄带滤光片的技术参数;根据技术参数在Si基底上采用双面拆分法设计窄带滤光片,建立折射率渐变模型确定反演系数,实现膜层的准确控制。采用真空室原位退火法提高膜层聚集密度,降低膜层应力,进而提高膜层附着力,稳定膜层光谱性能;制备的膜层能够满足在(1392±10) nm和1530～1570 nm波段透射率大于90%,400～1350 nm和1600～1800 nm波段透射率小于1%,在1410～1515 nm波段透射率小于30%的要求。     

光纤公共电视天线传输系统中短波通截止滤光片

短波通截止滤光片(SWPF)能够对公共电视天线(CATV)传输系统中的不同信号进行抑制和区分,是光纤CATV传输系统中的重要组成器件。为了降低传输噪声,改善信号传输质量,针对传输系统中截止滤光片的参数要求,选择适合的薄膜材料。通过建立膜系结构的等效层模型,对其求导模拟测试结果,并对膜料光控tooling值及对特定敏感度较高膜层的膜厚进行调整,解决了实际镀膜过程中的膜层失配问题,制备了采用较少膜层的短波通截止滤光片,在1110~1360 nm波段反射率小于1%,在1490 nm±20 nm波段透射率小于0.08%,在1550 nm±20 nm波段透射率小于0.05%。该滤光片可以满足CATV传输系统环境使用要求。     

光伏电池组件太阳模拟器AM1.5滤光片的研究

通过将标准大气光谱与大功率圆弧形氙灯光谱的比较,获得了AM1.5型太阳能模拟器滤光片的透射率光谱曲线。通过膜系设计和镀制,研制出了中心波长为930 nm的负滤光片,该滤光片在930 nm处的透射率T=15%,400～750 nm波段内的平均透射率Ta≥93%,1200～1400 nm内平均透射率Ta≥91%。将6片相同的滤光片安装在测试面为1 200 mm×2 000 mm的脉冲式光伏组件太阳模拟器上进行测试,在氙灯的正上方,其光谱匹配度在0.91~1.05之间,达到了A类滤光片要求;而在离圆弧氙灯最远的位置2处,测试的光谱匹配度在0.73~1.06之间,达不到A类滤光片要求。最后,通过采用滤光片的优化组合拼接技术,使光伏电池组件模拟器测试面上所有点的光谱匹配度均达到了A类要求。     

群组分波复用器(Interleaver)的薄膜实现方案

运用光学干涉膜系半波层可调、多频滤波技术和"厚腔"多半波矩形修正方法,设计出了膜层少、带宽窄且信道间隔可调的Interleaver器件,给出了50G、100GInterleaver的设计实例,其中心波长、通带宽度(@25dB,@0.5dB)、通带波纹等性能指标完全满足DWDM通信系统的要求。     

红外宽带矩形滤光片的设计与制备

随着红外宽带滤光片在红外技术各方面的广泛应用以及对它的深入研究,滤光片通带的矩形化越来越成为人们追求的重要技术指标。由于红外膜层较厚,精确控厚较困难。若用优化的方法进行矩形化设计,设计的膜系往往不易制备,例如改变膜层厚度将导致控厚困难;改变涂料折射率,则不易找到涂料。本文用规则的容易控制的光学厚度和容易镀制的     

3.7～4.8μm中红外带通滤光膜研制

以光学薄膜理论为出发点,系统介绍了3.7～4.8 m带通滤光膜的理论设计与优化、实际生产制备以及成品测试方法。考虑到膜料性能及膜层匹配等问题,分别选用锗和一氧化硅作为高低折射率材料,并以氧化铝作为薄膜基底。确定了滤光膜的基础膜系,并使用Filmaster软件对膜系进行了设计和优化计算。在薄膜蒸镀过程中,根据材料选取合适的镀制工艺。通过温度控制、离子辅助等方法研制出了可靠性与光谱特性皆优的带通滤光膜,并对其光谱特性及膜层质量等进行了测试。根据设计目标修改工艺参数,最终确定可行的工艺流程,从而研制出了符合光学性能设计指标的3.7～4.8 m带通滤光膜。     

红外带通滤光片77 K光谱漂移特性实验研究

红外带通滤光片是决定红外探测器组件光谱响应范围的重要元件。滤光片光谱的截止波长在低温下会产生漂移,从而影响组件的光谱响应范围。为探究滤光片在低温下的光谱漂移情况,选取了几种典型的红外带通滤光片,并分别在常温和77 K温度下使用自制的低温光谱测试杜瓦对其进行了光谱测试。结果表明,低温下滤光片的前截止波长均向短波方向漂移。该漂移量的大小主要与工作波段有关。工作波长越长,漂移量越大。中波红外带通滤光片的截止波长在低温下的漂移量小于100 nm。基片材料对截止波长漂移的影响较小。该结论对于红外探测器滤光片的光谱设计具有重要的参考价值。     

多波段激光滤光膜的研制

针对光学仪器对多光谱光轴测试的特殊要求,采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过对材料的光学特性、膜系设汁和监控厚度误差的分析,优化工艺参数,在多光谱ZnS基底上,成功镀制多波段激光滤光膜,实现了多波段光谱的分束.所镀膜层在30°角入射条件下,可见400～700 nm波长范围内平均透射率高于90%,1064 nm和1540 nm波长处的透射率都低于5%,在红外波长10.6μm透射率高于92%,并且解决了膜层牢固性问题,能够承受激光光源的照射和恶劣的环境测试,完全满足光学仪器的使用要求.     

遗传算法应用于干涉滤光片的设计

为了设计参量更加优良的干涉滤光片,在光子晶体基础上,利用遗传算法设计了窄带滤光片、宽带阻滤光片宽带通滤光片。进行了总结并对需待完善的地方进行了说明。所设计干涉滤光片可以根据给定材料的折射率,计算出此滤光片的最优化透射率。结果表明,如果评价函数对膜系结构的微小变化敏感,用遗传算法对膜系的优化能获得好的结果和较高的效率。     

空间光通信系统三波段滤光膜的研究

空间激光通信常采用干涉截止滤光膜对不同波段的光谱进行分光。着重介绍了近红外三波段光学滤光片的研究与制备。根据膜系设计理论,分别选择TiO2和SiO2作为高、低折射率材料,借助膜系设计软件设计优化了合理的膜系,实现了770～860nm及1530～1575nm光谱范围双波段的高透过和1615～1700nm波段的高反射。采用电子枪离子辅助沉积系统进行制备。优化工艺参数,通过调整补偿挡板使膜厚均匀性控制在3%以内。虽然制备膜层较厚,但经检测其光学性能、机械性能及耐环境能力均满足使用要求。用轮廓仪检测所制备膜层的面形,其峰谷值变化达到预期要求。     

日盲探测宽波段低噪声滤波器件的研制

为满足日盲探测系统的技术要求,研制了一种可以实现紫外日盲区(200~270nm)高透射、近紫外到近红外区(300~1200nm)深截止的光学滤光片。通过分析材料的光学特性,结合光学薄膜理论,优化膜系结构,设计了介质与金属组合的膜系。采用电子束加热蒸发的方法沉积金属膜,通过对沉积速率的实验研究,在保证金属光学性能的前提下,有效降低了膜厚控制误差。采用逆向反演法与膜层敏感度分析,对谐振层工艺参数进行优化,有效降低了谐振层的控制误差。该滤光膜在200~270nm波段的平均透射率达到51.21%,在300~1200nm抑制区的平均透射率为0.90%。