高色散系数线性渐变滤光片的研制

采用双离子束溅射物理沉积方法,通过修正线性渐变沉积速率制备了高透过率、高色散系数的线性渐变滤光片。在不同材料的膜厚修正过程中,通过匹配高低折射率材料的线性渐变趋势来减小两种材料的失配误差。利用微小光斑测试方法获得了线性渐变滤光片的线性渐变光谱数据,使用扫描电子显微镜表征了滤光片的表面形貌及微观结构。测试结果表明:制备的线性渐变滤光片各个位置的中心波长峰值透过率均达到85%以上,其工作波长为650~1 050nm,中心波长的线性变化率为20nm/mm,线性度误差在5nm以内,带外截止度在0.1%以下。制备的线性渐变滤光片不仅具有好的光谱特性,也具有良好的稳定性,完全满足滤光片在空间应用时对小型化、集成化和稳定性的需求。     

太阳跟踪器干涉滤光片的研制与测试

根据太阳光谱在波长750nm处的光能相对比较稳定,能避免杂光干扰这一特点,研制一种太阳跟踪器干涉滤光片.采用红外石英玻璃作为基底,选择Ti2O3和SiO2作为高低折射率材料,利用台伦对称膜系等效层的概念,设计三半波干涉滤光片.通过真空镀膜和离子辅助沉积系统,研制了在波段400nm-720nm、780nm- 1000nm平均透过率低于0.1％,750nm的透过率高于91％,带宽为40nm的太阳跟踪器干涉滤光片.在制备过程中,解决了Ti2O3吸收问题;通过实验,分析了波长漂移产生的原因并提出可行办法.     

30.4nm正入射成像系统滤光片的研究

多层膜反射镜在30.4nm正入射望远镜上是主要的反射元件,但是它在紫外、可见和近红外光波段也同样有很高的反射率,因此需要滤光片来消除这些长波辐射。选择合适的滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起到重要的作用。本文根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料;考虑到透过率和膜的强度的需要,确定了滤光片的膜层厚度。改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,并且波长扫描精度为±0.17Å~±0.97Å,又用其对所制备的铝滤光片进行25.6 nm～1000 nm波段的透过率测量,测量结果显示它在30.4 nm 处的透过率为58.85%。为了比较全面地反映它的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段透过率,测量的透过率接近零,因此证明该滤光片满足30.4 nm成像系统的需要。     

30.4 nm正入射成像系统滤光片

多层膜反射镜是30.4 nm正入射望远镜的主要反射元件,但它在紫外、可见和近红外光波段也具有很高的反射率,需要滤光片来消除这些长波辐射,而滤光片材料和膜层厚度对滤光片的性能起重要作用.根据原子散射因子,理论计算出几种材料波长和线性吸收系数之间的关系,确认铝是30.4 nm波段滤光片的最好材料.在考虑透过率和膜强度的基础上,确定了滤光片的膜层厚度.改进了现有的由Mcpherson 247掠入射软X射线-真空紫外单色仪和气体空心阴极光源组成的光谱测量装置,使其适合于透过率的测量,其波长扫描精度为±0.017～±0.097 nm,对所制备的铝滤光片进行25.6～1 000 nm波段的透过率测量,测量结果显示其在30.4 nm 处的透过率为58.85%.为了比较全面地反映该种滤光片的透过率情况,又测量了它在紫外、可见和近红外波段的透过率,其值接近零,证明了该滤光片可满足30.4 nm成像系统的需要.     

17.1 nm极紫外滤光片的制备

为了预警空间天气，需对日地空间物理过程进行监测，极紫外（Extreme Ultraviolet, EUV）滤光片是极紫外成像仪其中的重要组成部分，用来去除太阳辐射光谱中的非工作波段的辐射。为了优化EUV滤光片在17.1 nm波长处的透过率，本文基于比尔-朗伯定律通过理论计算和软件模拟确定17.1 nm EUV滤光片的材料及厚度。首先，采用真空热蒸发的方式在熔石英基底沉积脱膜层和金属薄膜，成功制备了以镍网为支撑的EUV滤光片。经测试，滤光片在17.1 nm处的透过率约为43.81%，表面光滑平整且无明显针孔。接下来为了说明氧化层对透过率的影响，使用椭圆偏振光谱仪测量滤光膜样品，得到放置不同时间的氧化层膜厚，并测得粗糙度来优化模拟滤光片透过率。利用IMD拟合样品氧化层厚度及粗糙度，调整层厚达到与实际测量值最为接近的曲线。实验结果表明滤光片透过率的模拟值与测量值绝对误差约1%，符合良好。本文为17.1 nm EUV滤光片提供了制备方法以及优化思路，在空间探测领域有重要应用价值。     

PbGeTe材料在长波红外低温滤光片镀制中的应用

采用目前PbTe与ZnSe材料镀制的长波红外低温滤光片时,存在低温中心波长漂移、透过率降低,膜层附着度差等缺点。介绍了一种掺锗的PbGeTe材料在长波红外低温滤光片镀制中的应用[1]。该材料能弥补PbTe材料在低温下的缺点,但常温时消光系数大。根据PbGeTe材料的特点,设计时仅把PbGeTe材料作为膜系中心间隔层,使该材料性能在滤光片中充分发挥作用。镀制出的10.8μm长波红外低温滤光片,与用单纯用PbTe材料作为膜系中心间隔层相比,在低温下,具有更好的光学性能及更强膜层附着力[2]。     

基于混合优化算法测定铝薄膜光学常数

提出了一种离线精确测定金属铝薄膜光学常数的方法.与传统的原位测量方法相比,这种方法简便,不需要连接到真空室的复杂测量设备上.该方法以测量椭偏光谱曲线和分光光谱曲线为目标,考虑金属铝薄膜在空气中表面氧化的影响,在混合优化算法的基础上,使用基于色散关系的多波长法拟合确定金属铝薄膜从紫外到可见区(200～800nm)的光学常数;优化算法采用多种群并行遗传算法和单纯形法相结合的方式,提高了拟合质量和速度,得到了理想的结果,光谱曲线拟合误差＜2%.在确定了铝光学常数的基础上,镀制了单腔紫外诱导透射滤光片,测量的透过率光谱与设计结果在265nm处的峰值透过率偏差＜1%.     

六氟化硫气体探测用10.56μm窄带滤光片的研制

在六氟化硫气体检测中经常会使用红外气体传感器,红外滤光片是红外气体传感器的核心元件。对六氟化硫的红外气体探测中,研制性价比较高的10.56 μm窄带滤光片尤其重要。首先,通过测量空气和六氟化硫气体的红外吸收光谱,明确了基于NDIR技术的红外传感器需要的滤光片的光谱指标。然后,使用单晶硅为基底,锗和硫化锌为高、低折射率材料,设计了窄带膜系和截止膜系两种膜系结构。通过选择合理的工艺参数,镀制了中心波长为10.562 μm、带宽为175 nm、峰值透射率为80.2%、截止范围为2~18 μm（除通带）的红外滤光片。最后,经环境测试和传感器测试,证明该滤光片满足使用要求。     

近紫外区宽带反光镜的膜系优化设计与制备

依据紫外光学系统中紫外反光镜的使用要求,并结合汞灯发光光谱,提出了R93%@300~450 nm(R为反射率);T_(avg)85%@500~1 000 nm(T_(avg)表示平均透过率)的近紫外区宽带高反射率的设计指标。选用Ta_2O_5和SiO_2分别作为高低折射率材料,并采用正交试验法确定了Ta_2O_5和SiO_2膜料的折射率、消光系数和制备工艺参数。在规整周期性膜系的基础上,利用膜系设计软件进行优化设计,同时分析了膜层的敏感度,保证了镀制的可重复性。通过曲线测试和环境试验结果表明,该膜系满足设计使用要求。     

深背景高陡度荧光滤光片

荧光滤光片是应用于生物医学和生命科学仪器的关键元件。介绍了深背景、高截止陡度荧光滤光片的设计和镀制工艺。采用优化设计HB-βBPF膜系,提高荧光滤光片的隔离度。分析了散射对背景深度的影响,通过优化工艺参数,降低散射。研制的荧光滤光片截止陡度小于10nm(OD0.3~OD5的波长间隔),邻域背景达到OD7~OD8。     

Books Received for Review

Smartphone image sensor response is compared for broadband and narrowband (340 nm and 380 nm) UVA wavelengths (320–400 nm) based on previous studies that have demonstrated quantitative response to solar radiation at 380 nm and 340 nm to reconstruct broadband irradiance. This article compares broadband and narrowband sensing using a common readily accessible smartphone equipped with a broadband UVA filter that displayed strong sensitivity to long wavelength UVA irradiances from 370 nm with a maximum at 380 nm. However, the use of narrow passband and neutral density filters allowed quantitative observations at the biologically significant wavelength of 340 nm. Narrow passband filter observations also had less variation at 340 nm than observed for broadband measurements. The results indicate that the smartphone image sensor, with the addition of narrow passband and neutral density filters, is a viable tool for UVA observations, but is unsuitable for broadband filter measurements.     

真空紫外辐照对Lumogen薄膜损伤及光学性能的影响

为研究Lumogen(C₂₂H₁₆N₂O₆)薄膜在真空紫外波段的光致发光特性及辐照损伤,采用热阻蒸发法,以氟化镁为基底制备Lumogen薄膜。使用真空紫外荧光光谱仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外?可见分光光度计等仪器分别对薄膜的光致发光特性、荧光强度衰减变化、表面形貌、透过率等进行测试与表征。实验结果表明,真空紫外波段的最佳激发波长为160 nm;发射峰宽为500~620 nm,峰值位置是在528 nm处;在160 nm激发波长持续辐照20 h后,发射峰位置的荧光强度由快及慢地从8.76衰减为0.83,整体下降了90.5%;薄膜表面的均方根粗糙度从10.96 nm增加到14.96 nm;160 nm真空紫外光的高光子能量使Lumogen分子中的荧光助色团-OH断裂,薄膜表面受损,造成不可逆的破坏;被真空紫外光持续辐照后的Lumogen薄膜在250~450 nm波段内的透过率下降了约50%。研究结果表明,Lumogen薄膜在持续高能真空紫外光辐照下,薄膜表面会造成损伤,光学性能会下降,为其在紫外探测器件及航空航天领域的应用研究提供一定参考。     

采用亚微米埋入式光栅的彩色滤光片

为进一步提高彩色滤光片的色度性能和光能利用率,设计了一种宽带宽高透射率的亚微米埋入式光栅结构,该结构由PMMA基底、ZnS膜层、二维Al金属光栅和SiO2覆盖层等组成。采用严格耦合波理论分析了ZnS膜层厚度、周期、占空比等结构参数对透射光谱特性的影响,并在此基础上优化结构参数,获得了宽带宽滤波输出。当透射光谱中心波长为635,530和455nm时,相应透射效率分别为68%,78%和71%,半极大值处全宽(FWHM)约为100nm。计算结果表明,与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比,所设计光栅结构的中心光谱透射效率可提高19%,并有效减少了三色输出光谱之间的重叠区域,提高了彩色滤光片的色度性能。     

A fiber loop mirror temperature sensor demodulation technique using a long-period grating in a photonic crystal fiber and a band-pass filter

A fiber loop mirror (FLM) temperature sensor using a long-period grating (LPG) written in a photonic crystal fiber (PCF) and a band-pass filter as a demodulator is proposed. By utilizing the stable filtering function of the LPG in the PCF, the resonant wavelength variation of the FLM with temperature is transferred effectively to the intensity variation of the output light. By monitoring the light intensity of the band-pass of the filter, temperature applied on the FLM is deduced by an optical power meter. Experiment results show that the temperature sensitivity is high as ~1.742 dB/ °C when a filter with a full width at half maximum 3 nm and the center at 1545 nm is used.     

多谐振U形缝隙纳米天线设计及吸收特性

太阳能收集是解决无线传感器网络能量受限的有效手段。针对传统采用光伏电池收集太阳能的方法易受环境与光照时间限制、吸收波段窄等问题,提出了一种耦合对称U形缝隙的多谐振纳米天线阵列用于太阳能收集。该天线的单元结构是在银介质基板上刻蚀4个对称的U形缝隙,U形缝隙附近产生的表面等离激元相互耦合,使其在宽波段内产生多个谐振点,从而提高宽波段的平均吸收率。利用时域有限差分方法分析了多谐振U形缝隙纳米天线阵列的吸收特性。仿真结果表明,天线阵列在400~870nm,960~1 100nm两个波段内吸收率较高,并出现多个吸收峰,吸收峰值最大可以达到99%。     

PbWO4的偏振吸收光谱及400nm吸收带的结构起因

用改进的Bridgeman方法生长了PbWO4晶体。分别测量了晶轴垂直和平行于表面的该PbWO4晶体样品的吸收谱,同时测量了晶轴平行于表面的偏振吸收谱。结果显示吸收谱在350nm处有一弱吸收带,在400nm处有一强吸收带,在500nm～700nm处有一宽带。400nm的强带在偏振光吸收谱中不显示出二向色性,从而归因于三价铅离子心(Pb3+)。     

Detection of dust on JET with the high resolution Thomson scattering system

Dust particles have been observed with Thomson scattering systems on several tokamaks. We present here the first evidence of dust particles observed by the new high resolution Thomson scattering system on JET. The system consists of filter spectrometers that analyze the Thomson scattering spectrum from 670 to 1050 nm in four spectral channels. The laser source is a 5 J Q-switched Nd:YAG laser. Without a spectral channel at the laser wavelength, only dust particles that emit broadband light could be detected; these particles have been observed on JET after disruptions. The timing of their emission is clearly different from that expected for a Thomson scattering pulse. The light pulse from dust happens after the peak of the laser light and has a long tail.     

Note: a flexible light emitting diode-based broadband transient-absorption spectrometer

This Note presents a simple and flexible ns-to-ms transient absorption spectrometer based on pulsed light emitting diode (LED) technology that can be incorporated into existing ultrafast transient absorption spectrometers or operate as a stand-alone instrument with fixed-wavelength laser sources. The LED probe pulses from this instrument exhibit excellent stability (～0.5%) and are capable of producing high signal-to-noise long-time (>100 ns) transient absorption signals either in a broadband multiplexed (spanning 250 nm) or in tunable narrowband (20 ns) operation. The utility of the instrument is demonstrated by measuring the photoinduced ns-to-ms photodynamics of the red/green absorbing fourth GMP phosphodiesterase/adenylyl cyclase/FhlA domain of the NpR6012 locus of the nitrogen-fixing cyanobacterium Nostoc punctiforme.