应用于显示光学中的偏振分束棱镜的研制

介绍了一种用于硅基液晶光学系统的薄膜型偏振分束棱镜的研制,其中膜系由三种膜料56层膜层构成,文中介绍了设计结果及其制作工艺,并对其测试系统进行了简要说明,测试了制作样品,对测试结果和设计值进行简要分析,结果表明该偏振分束棱镜实现了大角度、宽波段、高消光比的要求。     

全角度反射的多层介质膜系

在总结金属反射镜及多层介质反射镜的优缺点的基础上 ,按照一维光子晶体的设计思想 ,提出用λ/4膜系设计特定波长范围内的全偏振全角度反射镜的方法 ,给出了反射带中心波长、边缘波长及带宽的表达式 ,并对如何避免 Brewster窗作了定量分析。     

用于450～750nm波长区的金属—介质消偏振分光镜

介绍用于金属介质宽波段消偏振分光镜,对膜系设计制备方法和实验结果作了简要的分析讨论。     

高性能偏振分束棱镜

介绍了用于光通信的光隔离器、环形器上的一种小尺寸立方体偏振分束棱镜的设计和制造方法,采用对称优化设计膜系并采用非极值法精确控制膜层厚度,以获得高传输效率高消光比的偏振分束镜。给出了该棱镜的设计和试验结果。     

软X射线偏振光学元件的设计与制备

叙述了软X射线波段反射式多层膜起偏器和检偏器的设计原则和设计方法,优化计算了5.9nm波长处多层膜光学元件的偏振性能,阐述了其制备的过程,利用小角度衍射法对多层膜的厚度进行了测量,并对同步辐射测量的反射率结果进行了拟合分析。     

消应力消偏振胶合棱镜二向色膜的设计与制备

根据薄膜的偏振效应,运用Essential Macleod光学薄膜设计软件,完成DVD棱镜中消偏振二向色膜的设计,并采用光控法精确控制膜层厚度,制备出了满足客户要求的消偏振分光棱镜。残余应力大的薄膜容易产生脱膜现象,使得薄膜失去所需功能。为了消除薄膜应力,从膜料之间应力匹配关系及制备工艺2个方面,提出了控制薄膜应力的设计思想,并对其影响进行了讨论,利用镀膜前后光圈变化来反映膜层应力的大小。制备过程中,通过设计制作可调工装来改变镀膜有效孔径,通过调节标准块来满足非常严格的镀膜有效孔径要求。本文给出了该棱镜的消偏振膜系的设计和试验结果。     

基于等效层理论的薄膜滤光片中心波长消偏振膜系设计

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗,本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100GHz信道间隔滤光片膜系结构,实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析,计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率,实现了不同偏振光中心波长的对准。然后,根据等效层理论,设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比,本文提出的膜系结构更为简单,对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明:该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准,偏振光波长偏离度小于0.03nm,波长调谐范围能达到35nm。     

窄带Mo／Si多层膜反射镜

设计并制备了窄带M o/S i多层膜反射镜。利用高反射级次和减小M o层厚度两种方法减小M o/S i多层膜反射镜光谱宽度。对M o层厚度分别为2 nm和3 nm的M o/S i多层膜,设计了反射级次分别从1到6的多层膜系。制备方法采用直流磁控溅射技术,在国家同步辐射光谱与计量站上测试。结果表明,带宽随着反射级次增加而减少,在同一反射级次,M o层厚度为2 nm的多层膜反射光谱带宽较小。     

多方向金属光栅偏振器及在偏振导航中的应用

在同一聚碳酸酯基底上制作了6个不同方向的双层金属光栅偏振器,用于消除分立器件带来的安装误差。将该偏振器应用于偏振导航传感器上并进行了测角精度测试,基于神经网络法研究了角度测量的误差补偿方法。首先,基于严格耦合波理论设计了一种亚波长双层金属光栅偏振器,分析了它的周期和金属厚度对偏振器性能的影响,其在510nm波长入射时TM偏振光透射率高于71%,消光比大于2 100。应用纳米压印技术在聚碳酸酯基底上加工制作了设计的偏振器,其基底上设有6块结构参数相同但朝向不同的双层金属光栅结构。将此偏振器安装在偏振导航传感器上并在测试平台上测试了测角精度,测试的原始误差在±1°以内;经BP神经网络法误差补偿后,测角误差在±0.2°以内。得到的结果可较好地满足偏振导航的要求。     

用于450—750nm波长区的金属—介质消偏振分光镜

介绍用于金属介质宽波段消偏振分光镜,对膜系设计制备方法和结果作了简要的分析讨论。     

高偏振消光比铌酸锂波导调制器光路设计

设计了一种新的光路结构,用于提高LiNbO_3波导相位调制器的偏振消光比。光路特点是,在质子交换波导3dB功分器的输入端同基构造了Ti-LiNbO_3波导模式分离定向耦合的结构以实现TE导模与TM模分离,Y分支波导位置下沉以避免前向TM辐射模的窜扰。效果表现为,与保偏光纤端耦合寄生的TM辐射模得到了有效抑制,寄生的TM导模被定向疏散。1 550nm波长的BPM仿真运行表明,设计光路的偏振消光比达到87dB以上。     

宽角度入射700nm-800nm波段减反射薄膜的研究

阐述了利用非均匀膜系理论设计宽角度减反射薄膜的方法,从理论上分析了在宽角度的情况下,偏振产生透过率不同的原因,模拟设计了光谱区在700nm～800nm波段、入射角为0°～80°之间的宽角度减反射薄膜,从优化结果来看是较为理想的膜系,进而探索出了一条新型膜系设计的途径。这一研究方法如能应用在太阳能、光纤通信、航天、激光等领域,将大大地提高光能的利用率,具有重要的应用价值。     

柔性衬底直流磁控溅射ZnO基高性能透明导电薄膜的制备及性能研究

采用直流磁控溅射法,以柔性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为基底,通过参数优化以求在室温下制备高性能ZnO/Ag/ZnO多层薄膜。实验中,使用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测试仪等仪器分别对ZnO/Ag/ZnO多层薄膜的微观结构、表面形貌、透过率及方块电阻进行测试及表征。结果表明,随着Ag层厚度增加,薄膜方块电阻急剧下降,通过改变ZnO层厚度,可有效调节薄膜光学性能,随着ZnO层厚度增加,可见光区平均透过率先增大后减小。引入品质因子FTC作为评价指标可知,当依次沉积ZnO、Ag、ZnO厚度为50nm、8nm、50nm时,薄膜光电性能最佳,其在可见光平均透过率为82.3%、方块电阻为2.8Ω/、禁带宽度为3.332eV。     

基于Au-Ag复合膜的光纤表面等离子体共振传感器理论仿真研究

为增强基于Ag膜光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的抗氧化能力,可将Au膜镀于Ag膜表面。利用TFCalc软件对不同厚度Ag膜和Au-Ag复合膜的光纤SPR传感特性进行理论仿真研究。仿真结果表明:光纤SPR吸收峰显著依赖于Ag膜厚度,当Ag膜厚度由40nm逐渐增加到80nm时,共振吸收峰的半峰全宽逐渐减小,且共振波长随Ag膜厚度的增大而减小,共振波长变化范围较小,仅为7nm左右;Au膜的引入对共振吸收峰反射率影响不大,不同厚度Au-Ag复合膜的SPR共振波长随Au膜厚度的增大而增大。     

多角度偏振辐射计星上积分球结构设计及检测

为满足星载多角度偏振辐射计六孔径同时定标及全光路定标的要求,根据多角度偏振辐射计的光路特点和结构约束设计了六出孔椭球形积分球定标源,并对积分球辐射输出的一致性﹑均匀性及偏振特性进行了检测。其中,一致性的检测采用定标后的光谱辐射计直接测量;均匀性的检测考虑积分球出口小,采用了透镜加光阑扫描的方法;偏振度的检测使用了根据马吕斯消光定律设计的线偏振检测仪。实验和检测结果表明,采用的检测和数据处理方法提高了系统的信噪比和测量的准确性。积分球成对开孔输出一致性优于99.5%,面均匀性优于99%,偏振度低于1%,这些结果满足多角度偏振辐射计的辐射定标需求。     

蓝宝石衬底损伤层厚度和折射率的椭偏测量

为了定量测量蓝宝石衬底在化学机械抛光过程中产生的损伤层厚度d和折射率n，提出了一种光谱椭偏测量法。首先，测量蓝宝石衬底反射光谱（波长范围：250~1650 mm）偏振态的改变量（即振幅比和相位差）：然后，通过光学建模和测量数据反演，获得损伤层d和n。实验研究了Al，0。和SiO，两种磨料加工蓝宝石衬底损伤层d和n的变化趋势，前者d呈现波动趋势且最小值（约1.4mm）出现在40min左右，后者d持续下降，在20min接近1mm；二者损伤层n均小于蓝宝石晶体n。另外，实验和仿真分析结果表明相位差与厚度变化趋势一致，因无需建模反演，可作为快速表征损伤层 d变化趋势的参量。总之，所提方法作为光学无损测量模式，适用于加工过程监测。     

真空热处理对硫化锌薄膜光学与微结构特性的影响

针对电子束蒸发离子辅助沉积的硫化锌薄膜,研究了550℃以下真空热处理对其光学与微结构特性的影响。薄膜光学和微结构特性的测试分析表明:制备后薄膜为类立方结构的ZnS,在337.5nm波长处出现临界特性转折点,随着热处理温度的增加,转折波长两侧的消光系数变化规律相反,折射率和物理厚度呈现下降趋势,薄膜的禁带宽度逐渐增加;在红外波段的薄膜折射率与热处理温度的变化并不显著,在350℃下热处理时消光系数出现转折,主要是由晶粒变小的趋势所致;通过晶相分析,硫化锌薄膜经历了类立方结构到六方结构的转换,与禁带宽度的变化趋势基本一致。分析结果表明,光学特性变化的根本原因是薄膜的微结构特性变化。     

Electron energy-loss spectroscopy study of thin film hafnium aluminates for novel gate dielectrics

We have used conventional high‐resolution transmission electron microscopy and electron energy‐loss spectroscopy (EELS) in scanning transmission electron microscopy to investigate the microstructure and electronic structure of hafnia‐based thin films doped with small amounts (6.8 at.%) of Al grown on (001) Si. The as‐deposited film is amorphous with a very thin (～0.5 nm) interfacial SiO_x layer. The film partially crystallizes after annealing at 700 °C and the interfacial SiO₂‐like layer increases in thickness by oxygen diffusion through the Hf‐aluminate layer and oxidation of the silicon substrate. Oxygen K‐edge EELS fine‐structures are analysed for both films and interpreted in the context of the films’ microstructure. We also discuss valence electron energy‐loss spectra of these ultrathin films.     

消光比与探测器噪声对基于纳米线栅偏振成像系统偏振精度的影响

消光比和探测器噪声是决定纳米线栅偏振成像偏振精度的两个重要参数。为解决两参数在系统优化时的取值问题,本文建立了两参数与偏振噪声的数学模型,采用像元组接收光电子数作为衡量探测器噪声与系统偏振噪声的桥梁量化了两者关系。仿真分析比较了两参数在入射光偏振态变化时对偏振噪声的作用。然后搭建消光比和曝光时间可调的偏振成像系统精度实验平台,验证该数学模型和仿真结果。仿真与实验共同表明,系统消光比大于20后,通过提高像元组接收的光电子数以抑制探测器噪声要比继续提升消光比对提高系统偏振精度的贡献大。