自聚焦透镜分光膜的研制

为了不断改善和开发自聚焦透镜的性能,实现光学仪器中自聚焦透镜分光的要求,以Ta2O5和SiO2为介质材料,运用TFCalc膜系设计软件,采用解析法设计了一个初始膜系,再结合变尺度优化法对初始膜系进行优化设计,设计出具有较好光谱性能的1 470～1 610nm波段95∶5自聚焦透镜分光膜。分析了设计膜系在自聚焦透镜端面沿径向折射率呈梯度减少时的拟合反射率曲线。通过大量实验选择合适的镀制工艺,并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行实际镀制,获得了性能优良的自聚焦透镜分光膜。     

具有更低折射率比的全向高反膜的设计

对于λ/4膜系,如欲实现宽带全向反射,宜采用高折射率比的镀膜材料,讨论了在低折射率比条件下的全向高反膜。借助Filmstar膜系设计软件对所设计的几种初始膜系进行了优化,并分析了材料折射率和吸收以及膜厚误差对优化结果的影响。在此基础上,采用高斯分布的初始膜系,优化设计了高低折射率分别为2.16和1.44的全向高反膜。它在530nm处对任意入射角都具有98%以上的反射率,并在530nm～560nm波段内对从0°～60°入射的光具有99%以上的反射率。     

变折射率光学薄膜设计与分析

针对当前变折射率光学薄膜的设计难题,研究了周期性变折射率与渐变折射率2种类褶皱薄膜的结构特点以及折射率分布函数,阐述了将渐变折射率薄膜细分为多层均匀薄膜的分层介质理论,用足够多的均质薄层来代替渐变折射率膜层,每个薄层内折射率不变,相邻薄层的折射率呈离散型阶梯变化、物理厚度相同,应用麦克斯韦方程矩阵连乘法计算膜系的光学性能。设计了可用于军用激光器的高抗激光损伤性能膜系以及反激光压制的多波长梳状负滤光片膜系,分析了褶皱数量、褶皱细分数量等因素对薄膜光谱特性的影响。     

宽带与超宽带减反射膜

本文主要是论述多层减反射膜的设计方法、制造与应用效果。在膜系设计中既要考虑减反效果又要考虑工艺简便,故采用四分之一波长整数倍膜系。膜系层数尽量少(三层到六层),就能使折射率从1.48至1.755的各种光学镜头的一个表面反射损失从3.75％—7.53％降低到0.35％以下。减反射光谱带宽可达到整个可见光谱区或从近紫外到近红外光谱区。因此这种膜系不仅对可见光谱区具有很好的使用价值,而且对各种倍频激光中消除杂光的干扰效果也非常显著。在设计中也考虑到恶劣环境中的使用,选用高熔点的氧化物与氟化物膜料。故膜层机械强度、化学稳定性与光学性能非常好。由于膜系设计考虑周到、镀制成品率很高、已经成批生产。在变形宽银幕放映机、电影洗片、照相复印机、高精度光刻机等光学系统中使用,证明效果非常显著。     

薄膜技术在消除机械瞄准具虚光问题中应用的研究

用波动光学理论建立起光在空气与金属表面的传播模型,通过分析,给出了机械瞄准具照门缺口处虚光成因的近似解释。分别用特征矩阵法和矢量法计算出了所需的一层与多层减反射膜的膜系参数,与现有的薄膜材料参数相比较,选择适当的材料作等效代换,给出了一套合理的膜系设计。     

可见光减反射膜薄层控制误差的分析与性能优化

为提升光学镜头的成像质量,消除杂散光的影响,以K9玻璃为基底设计可见光波段平均反射率小于0.1%的减反射膜。采用电子束离子辅助沉积的制备方式,针对薄层敏感度高、光谱变化大等问题,通过建立稳定控制膜层厚度的数学模型来减小膜厚误差,提高制备精度和成膜稳定性。对减反射膜进行环测实验,优化调整工艺参数,侧重提高减反射膜的硬度和耐水煮能力。实验结果表明,最终制备出的减反射膜在420～680 nm波段内的平均反射率约为0.044%,最高反射率为0.071 2%,克服了以MgF₂为外层的减反射膜机械性能和化学稳定性较差的问题,满足工程应用低损耗、稳定可靠、高强度、可重复性制备的要求。     

陷波滤光片的类褶皱设计

针对当前陷波滤光片设计方法中,因需要大量薄层和折射率连续渐变而导致的制作难度较高的问题,介绍了一种陷波滤光片的类褶皱膜系设计方法。此方法中,每层薄膜的层内折射率不变,层间折射率呈离散型渐变,每层为1个光学厚度,膜系模拟计算的光谱很好,并可降低制造工艺难度。给出了膜系的基本结构形式,并分析了其中各参数对陷波滤光片光谱的影响,指出了参数变化对光谱影响的基本规律。通过对典型膜系设计,模拟分析了膜厚偏差和折射率偏差对光谱的影响。结果表明,膜系对膜厚偏差更加敏感,为膜系镀制工艺中的误差控制提供了理论依据。     

亚四分之一波长宽波段多层膜的设计

简要阐述了强吸收波段亚四分之一波长多层膜的设计方法。这种膜系是由强吸收材料叠加而成,每层膜光学厚度小于四分之一个波长。与常规周期多层膜相比,这种膜系更适用于提高强吸收波段的反射率。利用该方法设计了50nm~110nm波段宽带高反膜的初始膜系,通过Levenberg-M arquart方法对初始膜系进行优化,从而得到宽波段的平坦反射率,其平均反射率达到45%。     

减反射膜对摄影镜头彩色还原特性的贡献

本文从彩色摄影的需要出发,依据通用的美国ANSI彩色标准,讨论了摄影镜头的彩色还原问题。文中指出镜头玻璃的光谱吸收对彩色平衡的影响,着重分析了减反射膜对改善镜头彩色还原性能的作用,计算了各类减反膜的彩色贡献,给出了用于10倍变焦距彩色摄影镜头减反膜系的设计思想、计算方法和结果。结果表明:合理地选择减反膜系和彩色校正膜,可使镜头的光谱透过率和彩色还原特性同时获得改善。     

1．55μm超辐射发光管端面减反射膜的研究

减反射膜层折射率和厚度的精密监控是超辐射发光管的关键技术。分析了超辐射发光管端面减反射膜的四种膜系,提出了监控薄膜厚度的挡板调制、高级次过正极值法。采用该法制备超低剩余反射膜的实验表明:单面镀膜后,砷化镓基片的剩余反射率达到0.04%;管芯的反馈谐振被抑制,出现超辐射现象,峰值波长从1610nm移动到1560nm,蓝移约60nm,光谱纹波小于0.3dB。     

薄膜光学(续)

本论文讨论了二个不同波长的减反射膜的条件。着重讨论了两层膜或三层膜,本文解释了获得本结果时折射率之间的相互关系。引证了衬底折射率为1.52的膜层实例。     

应用等离子体离子辅助技术沉积的锗基底红外减反射膜

红外光学系统大多数均采用锗作为透镜和窗口的材料,由于其折射率高达４．０,引起的反射损失较大,降低了红外光能量的透过率和红外成像系统的能力。为了减少锗表面的反射损失,我们研制了高性能的红外减反射膜,使锗透镜的红外透射率高达９８％ 以上。通过等离子体离子辅助沉积技术的应用,获得了耐久性能优异的红外减反射膜,满足了杜瓦瓶封接钎焊工艺对窗口膜层的苛求,也满足了红外热像仪系统对膜层的要求,而且所有膜层均无放射性     

中红外双通道滤波器的研制

针对中红外目标探测需求,采用多个截止带拼接的设计方法,结合TFCal膜系设计软件优化各个膜层厚度,得到了中红外双通道滤波器膜系。通过对膜系敏感层的分析,将总膜系分成两个膜系进行镀膜,成功制备出2.7~3.0μm和4.1~4.4μm双通道滤波器。得到的样品在2.7~3.0μm波段平均透过率为73%,在4.1~4.4μm波段平均透过率为81%。该方法提高了膜系设计效率,减少了膜层数和总厚度,可解决膜系过厚带来的开裂和脱膜等问题,节约了镀膜时间和成本。     

多层金属/介质膜系中Al层的作用分析

设计了一维金属/介质多层膜系,膜系由几个周期的高折射率(Al₂O₃)/低折射率(MgF₂)材料所组成.在低折射率材料中插入金属层(Al),对膜系进行了优化,利用电子束蒸发方法制备了该膜系.实验表明,不仅Al层的总厚度直接影响透射谱的形状,在同样Al层总厚度情况下,Al层厚度分布对膜系也有影响.寻找到了最佳Al层分布结果,并通过了实验验证,制备出了能很好抑止BaF2晶体发射光谱的长波成分的膜系.     

基于等效折射率法的短波通滤光膜制备技术

军用光电系统通常包含白光成像、微光夜视、激光测距、激光制导、红外探测等多项功能,而短波通滤光膜以其特有的光学特性可以对这些光谱区域进行区分选择,便于实现光电系统的多光路设计,因此得到了广泛的应用.通过阐述短波通滤光膜设计方法和对称膜堆等效折射率特性,分析了膜系结构产生高级次截止带的原因是高级次带等效折射率为虚数,提出了...     

薄膜光学 六、二个给定波长减反射膜的设计方法

本文研究了当所有光学厚度均相等制备减反射膜时,薄膜的折射率之间的关系式。利用这种关系式来测定两已知波长减反射膜是可能的。根据二个给定波长和衬底折射率对各种情况进行研究。     

摄影物镜的光谱透射率和彩色还原特性的校正

本文从彩色摄影需要出发,依据美国ANSI彩色标准,研究了摄影物镜的光谱透射率及其彩色还原问题。文中指出建立必要的测试方法、制定相应测定标准,开展对国产摄影镜头有关问题研究的必要性;分析了镜头偏色原因;介绍了镜头光谱透射率的测试方法;讨论了减反射膜对改善镜头彩色还原性能的作用,给出ANSI.C.C.值的计算方法,并结合实例给出变焦距和定焦距镜头施加减反射膜系的设计思想、计算方法和结果。     

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。     

一种设计真空紫外高反膜的新方法

在真空紫外强吸收波段采用"逐层"(LBL)设计法。通过阐述"逐层"设计的理论基础和膜材选择的基本原则,运用MatLab软件,用解析加复平面作图法设计了对应于50～200nm波段的高反膜系。以熔融石英基底上硅、碳组成的膜系为例,用这种设计方法获得的平均反射率最高可达64%。对比常规周期多层膜,这种设计法可以明显地提高强吸收波段的反射率。     

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。