可见光变角度带通滤光膜研制

以薄膜光学为背景,介绍了可见光波段变角度带通滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了带通滤光膜的光学特性以及变角度使用的难点,其次讨论了0°~33°入射时薄膜选材、测试、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用薄膜软件进行优化计算后,结合光学控制与离子辅助工艺得到了吸收低、偏移量小与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在地形勘测相机中达到了空间变角度高分辨率成像的效果。     

中红外激光宽带偏振分束膜研制

以薄膜光学和激光技术为背景,介绍了中红外固体激光器中宽带偏振分束膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了核心元件硒化锌晶体的偏振特性以及中波宽带偏振分光的难点,其次讨论了布儒斯特角入射时薄膜选材、通带展宽、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用计算机优化软件进行优化计算后,结合离子辅助工艺得到了吸收小、偏振比高、抗激光性能与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在中红外固体激光器中达到了5kHz下大于15W的输出效果。     

谐振腔衰荡法检测激光高反射薄膜损耗

光学薄膜的损耗类型主要涉及吸收和散射,精确测定其数值是制备具有高品质和灵敏度指标激光薄膜的前提。本文以薄膜光学和激光技术为背景,介绍了谐振腔衰荡检测高反射薄膜的原理、特性以及测试方法。以1064 nm和1311 nm的高反射膜层为例,利用Losspro激光测试装置,对于二氧化锆(ZrO2)、五氧化二钽(Ta2O5)材料获得百万分(ppm)量级精度的损耗数据后,针对不同薄膜材料和工艺方法进行了对比检测,分析认为速率控制和离子束能量对于相同材料的激光高反射薄膜具有明显的影响,进而为薄膜样品的制备奠定了技术基础。     

大尺寸硅基体633nm和3.5～4.1μm双波段高反射膜研制

硅由于透光区域较宽,便于光学系统使用而经常应用于中波红外光学系统中。但是,以其作为基底,镀制0°～22.5°入射、633 nm与3.5～4.1μm双波段的反射膜却具有相当大的难度,尤其是φ300 mm等大尺寸硅镜引起的牢固度问题。以红外光学和薄膜技术为背景,介绍了大尺寸硅基体反射膜的特性、制备及测试方法。由于红外区可选用的薄膜材料较少,兼顾膜层的制备、光谱特性及可靠性满足等方面因素,最终采用氟化镱(YbF3)作为低折射率材料。经过多次实验,采用速率控制、离子辅助等工艺方法,选取合适的基底温度,解决了在大尺寸硅基体上由于膜层过厚以及YbF3膜层严重应力作用而导致的膜层龟裂问题,最终研制成功符合使用要求,且可靠性和光谱特性皆优的双波段反射薄膜。     

氧化铝基体3.7 μm与4.8 μm双波段带通滤光膜研制

以红外光学和薄膜技术为理论背景,详细介绍了氧化铝基体表面3.7 m与4.8 m双波段带通滤光膜的特性、制备及测试方法。氧化铝（Al2O3）由于其透光区域较宽,牢固度好,便于光学系统使用而被经常应用于中波红外光学系统中。采用软件优化计算和双面镀制截止带通滤光膜的方案,通过速率控制、离子辅助等工艺方法研制成功了可靠性和光谱特性皆优的双波段带通滤光薄膜。分析认为设计结构和优化算法对于薄膜通带平坦度、截止深度以及透过率有着明显的影响。制备工艺方面,除了合适的蒸发速率外,采取缓慢蒸发和弱离子能量辅助也是很重要的关键技术,最终光谱透过率测试平均大于87%,通过了环境测试,符合使用要求。     

中红外3.9 μm长波通截止滤光膜研制

以薄膜光学和激光红外技术为背景,介绍了3.9 μm长波通截止滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了滤光膜设计方面的难点,其次讨论了薄膜选材、通带展宽、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用计算机优化软件进行优化计算后,结合离子辅助工艺得到了吸收小、透过率高、光洁度与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在中红外系统中有效改善了信噪比和响应度。     

1.3～2.7 μm带通滤光膜研制与分析

光学薄膜技术广泛应用于几乎所有的光学系统、光电系统和光电仪器。新型探测器的发展对1～3 μm近红外波段附近的能量响应提出了滤波的要求。从电磁场理论和麦克斯韦方程出发,介绍了光学薄膜的设计理论,论述了带通滤光膜的设计方法。基于Optilayer软件,以氧化铝为基底,设计了一种工作波段为1.3～2.7 μm的近红外带通滤光膜。考虑到镀膜材料的匹配性问题,选择硫化锌和氟化镱作为高、低折射率材料。采用长波通与短波通相结合的设计方法,并用Optilayer软件完成了膜系的计算和优化。在氧化铝基底双面镀制膜,用电子束蒸发和离子束辅助沉积的制备工艺完成了膜系镀制。用分光光度计对制备样品进行了透过率测试。结果表明,在1.3～2.7 μm设计波段,样品的平均透过率大于95%,符合带通滤光膜的设计要求。     

高能激光器中晶体薄膜的研究与特性分析

介绍了用于大功率YAG激光器以及中红外激光器中晶体光学薄膜的用途、特性和制备方法。利用计算机膜系优化软件对膜系进行设计后,得到了损耗小、利于制备、重复性好的膜系结构。为了详细说明,以YAG板条晶体和ZnGeP2晶体为例,讨论了晶体不同工作表面薄膜在研究与镀制过程中的潮解、吸收以及污染等主要技术问题。通过特性测试和激光损伤试验对比,验证了以APS离子源辅助沉积的膜层损伤阈值增加,附着力增强,机械强度和环境稳定性得到了明显改善。目前相关的晶体薄膜应用在两种高能激光器中分别达到了16 kW/cm2和5 kHz下     

用于红外焦平面探测器的2.95～5.05 μm带通滤光膜

中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等军事领域的重要性而被广泛关注，其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用。本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题，通过分析、选材、优化等方法，制备出性能良好的中波红外带通滤光膜。以Ge为高折射率材料和基底，以SiO为低折射率材料，设计了带通膜系结构。不仅实现了在0°入射角下对2.95～5.05 μm波段大于92%的高透过率、通带宽度优于3.7～4.8 μm的常规应用，而且对2.95～5.05 μm之外的其它波段也能达到良好的截止效果。经测试，其光洁度、牢固性等各方面性能良好，可以很好地应用于中波红外焦平面探测器。