铥激光器腔镜用高损伤阈值氧化物薄膜的研制

2 m波段激光器在环境探测、测风雷达、生物组织切割、光电对抗等领域都有重要的应用价值和前景。而此波段的薄膜通常采用折射率较高的硫化物、砷化物等软膜材料来制备,为了提升该波段薄膜的损伤性能,采用折射率相对较低但能带隙更宽的氧化物材料来制备。利用傅里叶红外光谱仪和弱吸收测试仪分析表征了薄膜中OH基含量的多少和薄膜整体吸收的大小,通过优化工艺,成功制备出了满足2 020 nm的铥(Tm)激光器使用要求的多层介质薄膜。利用微分干涉显微镜观察了经过激光损伤测试薄膜的损伤形貌,结合薄膜中电场分布和应力测试结果,分析探讨了此薄膜的损伤机理,提出进一步优化薄膜损伤特性的方案。     

电子束蒸发SiO2薄膜残余应力在不同湿度环境下的对比

采用电子束蒸发方法在BK7基底上制备SiO2单层膜,通过台式探针轮廓仪分别测量了大气(45%RH)和干燥环境(5%RH)中不同沉积温度下制备的SiO2单层膜残余应力,同时使用分光光度计和原子力显微镜对样品的折射率和表面形貌进行研究。测试结果表明:SiO2薄膜的残余应力在两个环境中均表现为压应力,且随沉积温度的升高均逐渐增大。干燥环境下与大气环境相比,应力值减小了约100MPa。此外,随沉积温度的升高,薄膜折射率不断增大,表面粗糙度逐渐减小。说明:随着沉积温度的变化,SiO2薄膜的微结构发生了改变。相应地,由水诱发的应力随薄膜致密度的增加而逐渐减小。     

几种紫外薄膜材料的光学及损伤特性分析

为进一步改善大型固体激光器3倍频用薄膜的光学及损伤特性,利用不同的测试方法系统对比研究了电子束蒸发方式制备的几种紫外薄膜的光学常数、晶体结构、表面粗糙度以及弱吸收和其激光损伤特性间的相互关系。研究表明:薄膜的弱吸收和其禁带宽度共同制约了其激光损伤阈值,而薄膜因晶相结构的产生而增大的表面粗糙度对其激光损伤阈值无影响。大弱吸收的薄膜其损伤表现为非常微小的吸收点向外扩张构成的较大的破坏点,而低弱吸收的薄膜其损伤则表现为瞬间吸收引起大的损伤。     

线性渐变滤光片的制备与测试

线性渐变滤光片是一种在小型快速分光测试设备中广泛应用的光学薄膜器件。讨论了各种线性渐变滤光片的设计方法;给出了用离子辅助沉积(IAD)工艺制备线性渐变滤光片的膜厚修正方法;并分析了线性渐变滤光片光谱测试时,滤光片线性色散系数,测试光斑尺寸对其光谱特性的影响,给出了相应的测试方法和测试结果。     

数据拟合点的截取对光腔衰荡法测量反射率的影响

利用光腔衰荡法测量反射率,探测器性能对衰荡信号的测量有很大影响,具有不同时间响应和灵敏度特性的探测器会得到不同的信号衰荡曲线起始点和信号淹没点.对于性能相同的探测器,在测量反射率不同的反射镜时,也会得到不同的信号淹没点.在数据拟合过程中,截取不同的数据起始点和信号淹没点,会得到不同的衰荡时间,从而影响反射率的测量精度.对衰荡信号进行对数变换,首次利用χ2拟合对数据进行处理,通过对有效拟合数据与斜率误差关系的分析,得到了最佳拟合数据点截取的方法.实验证明:此方法可有效处理无效光信号和噪声信号的分界点,给出了衰减时间的数据截取依据,有助于改善时间衰荡法测试的精度和重复性.     

宽波段光谱成像系统杂散光分析及抑制

宽波段光谱成像系统(0.4～1.7μm)在食品检测、农业生产、医学分析、刑事侦查等领域有广泛需求，光栅因其具有高色散本领和高环境稳定性的特点，成为宽波段光谱成像系统主流分光元件，但采用光栅分光的光谱成像系统存在多级次衍射光谱互相串扰问题，严重影响仪器的探测能力，为了得到准确的光谱信息，需对其进行有效的抑制。文中利用Tracepro光学分析软件对宽波段光谱成像系统的多级次衍射杂散光进行仿真分析，发展了利用分区域滤光片和线性渐变带通滤光片来抑制多级衍射杂散光的方法，并分析比较了它们对多级衍射杂散光的抑制效果。仿真分析结果表明：线性渐变带通滤光片能够有效地抑制多级次衍射带来的杂散光，光谱成像系统杂散光系数降低至10-4量级，满足宽波段光谱成像系统对杂散光抑制要求。     

不同工艺制备的人工节瘤的损伤生长特性

在高能激光系统中,反射膜的损伤生长特性和初始损伤一样重要。对薄膜损伤生长特性的研究将有助于探究反射膜损伤机制,从而进一步有效地提高其抗激光损伤能力。使用电子束蒸发（EB）和离子束辅助（IAD）两种工艺制备了1064nm波长下的HfO2/SiO2反射膜,利用四种尺寸的单分散的SiO2小球形成人工节瘤,来研究薄膜镀制工艺和节瘤尺寸对节瘤损伤生长特性的影响。激光损伤测试结果表明:节瘤损伤生长阈值基本随节瘤尺寸的增加而减小。EB工艺制备的反射膜中,四种尺寸节瘤的损伤生长阈值都高于其初始损伤阈值,而IAD工艺制备的反射膜中结果则相反。另外,IAD工艺要比EB工艺制备的反射膜中的节瘤在发生初始损伤后更易于损伤生长,说明薄膜镀制工艺对节瘤的损伤生长速度有一定的影响。     

改进的傅里叶变换在Rugate滤光片设计中的应用

傅里叶变换是设计Rugate滤光片最有效的解析方法之一。然而这种解析方法内在的近似性导致了设计结果与目标结果总是存在着一定的偏差。现提出一种改进的傅里叶变换方法,提高设计结果与目标结果的逼真度。将光谱函数的模与位相作为两个独立的变量分别优化。可以在有效控制折射率范围的情况下,设计出与目标结果一致的光谱曲线。     

表面和亚表面特性对多层膜光栅成像对比度的影响

基于Si/SiO2材料对制备出名义节距为50 nm的多层膜光栅,重点分析了多层膜光栅研磨抛光过程中的亚表面损伤和湿法刻蚀均匀性问题。并利用原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）对多层膜的截面粗糙度和刻蚀光栅结果进行了测量和分析。测量结果显示:多层膜光栅制备过程中的截面粗糙度降低和刻蚀均匀性的提高,有助于TEM测量获得均一的高成像对比度多层膜光栅图像。     

HfO2薄膜折射率非均质性生长特性研究

在加热的BK7基板上,采用电子束蒸发(EB)工艺制备了一系列不同厚度的HfO2单层膜,对HfO2薄膜生长过程中的折射率非均质性进行了研究。光谱分析表明薄膜非均质性与其厚度息息相关。X射线衍射(XRD)测试表明不同非均质性薄膜对应不同的微观结构;薄膜的微观结构主要由薄膜的生长机制决定。当膜厚较薄时,薄膜不易结晶,呈无定形态,此时薄膜呈正非均质性。如果沉积温度足够高,则薄膜达到一定厚度后开始结晶,此后薄膜折射率就会逐渐下降。随着薄膜继续生长,薄膜晶态结构保持恒定不再变化,非均质性也会因此保持不变达到极值。