飞秒激光沉积红外窗口类金刚石增透保护膜

脉冲激光沉积法是一种制备类金刚石膜(DLC膜)的新技术.总结了脉冲激光法制备DLC膜在激光源、脉宽、沉积气氛及薄膜掺杂等方面的发展趋势.建立了飞秒脉冲激光沉积DLC膜系统,在不同的沉积条件下(如:真空、氧气氛、掺硅等)开展了实验研究,阐明了不同沉积条件对DLC膜性能的影响规律.在硅、锗红外窗口上镀制了工程实用的DLC增...     

类金刚石薄膜作为MgF2红外增透和保护膜的研究

系统地研究了ＭｇＦ２衬底上类金刚石薄膜的折射率和生长速率与淀积工艺之间的关系，在ＭｇＦ２衬底上成功地设计并制备了红外增透和保护膜。理论与实验研究表明，类金刚石薄膜使ＭｇＦ２的红外透过率提高３％以上是完全可靠的，但起红外增透和保护是作用的统一性问题仍有待进一步研究。     

3～5μm红外窗口增透涂层的制备与性能研究

利用直流非平衡磁控溅射技术,在100℃条件下,在单晶硅上制备了具有红外增透效果的类金刚石薄膜,研究了偏压对薄膜结构、机械性能和红外光学性能的影响,解释了薄膜结构与性能之间的关系。利用场发射扫描电镜(FESEM)、Dektak150型台阶仪、Raman光谱仪、纳米压痕仪、椭偏仪和傅里叶红外吸收光谱仪表征薄膜形貌、结构、硬度、折射率和红外光学性能。实验结果表明:在偏压为-100 V时,薄膜中sp3相含量最高,得到最大的纳米硬度14.8 GPa和最大折射率2.36,此时透光率为67.3%;在偏压为-200 V时,薄膜硬度为11.2 GPa,薄膜的折射率为2.06,最接近零反射膜所需折射率,此时透过率最大。     

双波段激光防护红外减反膜的研制

针对军用光电仪器对激光致盲武器的防护要求,选取Si和YbF3,ZnS和YbF3两种高低折射率组合形式研制了激光防护减反膜。在多光谱ZnS基底上,采用电子束及离子辅助沉积技术,制备了能够对532 nm和1064 nm激光进行有效防护,同时对3~5μm的波段具有高透射率的薄膜。对Si膜的电子束沉积工艺进行了研究;对YbF3在不同的材料组合中的沉积工艺进行了优化;解决了膜层与基底之间的粘附性问题。该薄膜集探测用减反器件和防护器件于一体,可以使星载、机载等光电仪器的结构得到简化;光谱分析和环境测试的结果表明,各项指标满足使用要求。     

锗基底3～5μm和8～12μm双波段红外增透膜研究

文中简要叙述了双波段(3～5μm 和8～12μm) 红外增透膜的膜料选择以及锗基底上红外双波段增透膜的设计与镀制,介绍了离子束辅助沉积技术制备该薄膜的过程。提出了采用脉冲真空电弧离子镀技术镀制无氢类金刚石膜作为红外增透膜的保护膜,并讨论了镀制类金刚石膜后,镀膜元件的光谱特性。     

非金属掺杂类金刚石膜的研究进展

非金属掺杂类金刚石(DLC)膜可以优化纯类金刚石膜的一些性能.例如:掺磷DLC膜电阻率小,还可以明显提高其血液相容性;掺氮DLC膜不仅电阻率小,可作为半导体材料.还具有热稳定性好的优点;掺氟DLC膜在憎水性、耐蚀性、热稳定性和降低介电常数等方面更为优异;硅掺杂使膜中氢含量减少、内应力减小、粗糙度和摩擦系数降低.对非金属掺杂DLC膜的进展做了概括及分析,展现出其广泛的应用前景.     

离子源辅助红外探测器窗口减反膜的制备

硫化锌(ZnS)作为红外探测器窗口广泛地应用于红外技术中,为了提高ZnS在7~12 μm 使用波段的光学透过率和机械强度,选择YF₃和YbF₃两种红外低折射率膜料分别与ZnS进行匹配,设计并在离子源的辅助下制备出了两种该波段的红外减反膜,并进行了性能的对比。结果显示两种膜系在要求范围内都达到了平均90%的光学透过率,但是YF₃-ZnS减反膜的机械强度相比YbF₃-ZnS减反膜较差。     

激光沉积红外窗口高性能类金刚石膜技术

类金刚石(DLC)膜具有宽光谱高透射率、高硬度、高热传导及高稳定性等优点,是红外窗口增透保护膜的优选,但现有方法制备的类金刚石膜难以满足高马赫数或海上盐雾等恶劣条件下的应用。激光法相比其他制备方法具有诸多优点,介绍了激光法制备DLC膜的原理及特点,并分析了实现工程应用的难题及关键技术。采用激光沉积法制备出综合性能优异的类金刚石膜,纳米硬度高达44 GPa、内应力仅0.8 GPa、临界刮擦载荷附着力为59.1 mN。正面镀DLC膜,背面镀普通增透膜的硫化锌、硅、锗等红外窗口的平均透射率达82%~91%。实现了150 mm基片的激光法大尺寸均匀薄膜,膜厚不均匀性≤±2%。制备的DLC膜红外窗口通过军标环境适应性试验,并已实现工程化应用。     

掺入有机硅提高溶胶-凝胶二氧化硅减反膜的稳定性研究

膜层稳定性对于激光器能否长期稳定使用极为重要。多孔SiO2减反膜经热处理后,结构中还存在许多Si-OH亲水基团,透过率稳定性受环境相对湿度的影响较大。向膜层中掺入有机硅,添加疏水基团,提高了膜层的疏水性,增强了膜层的透过率稳定性。膜层中加了Si-CH3疏水基团,膜层的疏水性大大提高;当Si-CH3与二氧化硅悬胶体中的Si的摩尔比为1/5.7时,即Si-CH3质量分数为0.35%时的二氧化硅膜层,其减反效果好,疏水性也高,从而大幅度提高了膜层的透过率稳定性,延长了膜层的寿命,对二氧化硅膜层具有高激光损伤阈值的性能没有影响。     

8～14μm红外光谱辐射计的研制

本文介绍了８～１４μｍ红外光谱辐射计的组成及工作原理,分析了红外光谱辐射计信号处理方法。本辐射计采用了低噪声自动变换增益的放大电路加温度补偿修正以及高速、高精度信号采集、数字滤波处理等先进技术进行设计,其各项指标均达到了设计要求,是一部性能优良的红外光谱辐射计量设备。     

激光/长波红外双谱段减反射薄膜设计与制备

在氟化钡光学元件上设计并制备多谱段减反射薄膜是提升光电系统探测性能的关键。在氟化钡基底上设计并制备了1064 nm激光/长波红外双谱段减反射薄膜。基于周期对称结构膜系导纳计算方法,以及拟合膜层周期数与参考波长的优化算法,开展了复合谱段减反射薄膜初始膜系的设计方法研究。使用热蒸发离子束辅助沉积方法制备了多层减反射薄膜。测试结果表明,该薄膜在1064 nm处透射率为94.0%,在8~12 μm长波红外谱段平均透射率为96.3%,在8.2 μm处的透射率高达99.4%。该激光/长波红外双谱段减反射薄膜具有良好的光学性能,可以应用于多模复合精确探测光电装备之中,对于提升探测系统的工作性能具有重大意义。     

3.7～4.8 μm中红外带通滤光膜研制

以光学薄膜理论为出发点,系统介绍了3.7～4.8 m带通滤光膜的理论设计与优化、实际生产制备以及成品测试方法。考虑到膜料性能及膜层匹配等问题,分别选用锗和一氧化硅作为高低折射率材料,并以氧化铝作为薄膜基底。确定了滤光膜的基础膜系,并使用Filmaster软件对膜系进行了设计和优化计算。在薄膜蒸镀过程中,根据材料选取合适的镀制工艺。通过温度控制、离子辅助等方法研制出了可靠性与光谱特性皆优的带通滤光膜,并对其光谱特性及膜层质量等进行了测试。根据设计目标修改工艺参数,最终确定可行的工艺流程,从而研制出了符合光学性能设计指标的3.7～4.8 m带通滤光膜。     

宽角度入射400～700 nm波段减反射薄膜的研究

利用非均匀膜系理论设计宽角度多层减反射薄膜的方法,从理论分析了宽角度情况下的偏振光产生透过率不同的原因,选取了MgF2、HfO2和TiO2 3种材料作为折射率材料,选取BK7作为基底材料,模拟设计了光谱区在400～700 nm波段、入射角为0～70°的多层减反射薄膜,其P光和S光透过率达90%以上.     

高功率激光单层SiO2减反膜的研制

开发出了一种用于制备高功率激光系统中玻璃表面窄带型减反膜的化学制膜法。这种减反膜由含SiO2粒子的悬浮液在室温下涂敷制得,无需进一步的后处理工序。K9玻璃透镜及石英玻璃透镜涂敷这种SiO2减反膜后,其最高透光率均达99%以上。     

宽带3-5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/A1GaAs多量子阱结构,制作成3-5μm波段的量子阱红外探测器,响应峰值波长λp=4.2μm,响应带宽可达△λ/λ=50%,500K黑体探测率DBB(500,1000,1)达1.7×1010cm@Hz1/2/W.     

2.0μm中红外量子阱激光器研制及其性能测试与分析

利用固态源分子束外延技术在GaSb衬底上生长In GaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器结构,研制了激 射波长为2.0μm波段的GaSb基量子阱激光器。测量了激光器的阈值 电流密度随激光器腔长的变化规律, 得出无限腔长时器件的阈值电流密度为135A/cm²,在室温连续波 工作模式下,测得激光器的内量子效率 为61.1%,内部损耗为8.3cm－1,激光 输出功率斜效率为112mW/A,最高输出功率达到72mW,器件性 能优异。另外,还研究了改变激光器的腔长和改变注入电流的条件下器件激射波长的调谐特 性。器件激射 波长随注入电流的红移速度为0.475nm/mA。对于不同腔长的器件, 腔长越长,器件工作波长越长,工作波 长和腔长之间呈单调关系。上述波长变化规律是GaSb量子阱激光器的典型特征。     

8元线列高温超导薄膜红外探测器及其热成象系统的研制

本文综述了超导红外探测器与传统的半导体红外探测器相比所具有的潜在优势，介绍了国内外在超导红外探测器研究方面的进展，报道了８无线列ＹＢＣＯ高温超导薄膜红外探测器的制备工艺与研究结果，以及采用该探测器研制出的超导红外热成象系统，从而证实了采用超导红外热成象技术的应用前景及存在的问题。     

3.5～4.0μm低温光谱带通滤光片的设计与研制

新一代气象卫星对红外带通滤光片的光谱控制提出了很高的要求:滤光片在工作温度(92K)下的光谱曲线被严格限定在一个由内、外框组成的区域之内。分别采用Ge和SiO作为高低折射率膜层材料,设计了含有4个谐振腔的带通膜系来提升通带边缘的陡度;对带通膜系中反射膜层的光学厚度进行了优化调整,压缩了通带内的波纹;根据膜层材料的折射率-温度变化特性,设计出了低温条件下符合光谱要求的带通滤光片。采用真空蒸发和光学极值监控的方法,研制出了92K低温下符合内、外框限制要求的带通滤光片,其通带内的峰值透射率达到93.2%,平均透射率达到91%,波纹幅度控制在5.2%以内。     

有机物沉积质量对溶胶凝胶减反膜性能的影响规律

真空环境中高功率激光装置光学元件表面的有机物污染是限制其负载能力的原因之一。针对装置中常见的有机物污染和三倍频激光溶胶凝胶减反膜,通过精确控制真空环境中污染源的挥发扩散,制备了有机物质量面密度不同的元件表面,定量研究了有机污染物质量面密度对溶胶凝胶减反膜光学性能及损伤特性的影响规律。实验结果表明：样品表面粗糙度、透过率、损伤阈值等的变化量均与有机物质量面密度成正相关。有机污染物沉积量较少时,由于膜层孔隙被填充,膜层的表面粗糙度略有减小;随着沉积量增加,有机物附着影响表面形貌,粗糙度显著增加。溶胶凝胶减反膜在351 nm波长处的光学透过率随着有机物质量面密度的增加而逐渐降低,这与有机物分子改变溶胶凝胶膜孔隙填充比有关。样品表面的激光损伤阈值变化量和损伤面积随着有机物质量面密度的增加而增加,而且不同有机物沉积量的光学表面的损伤形貌存在显著差异。基于实验结果讨论了有机物影响溶胶凝胶减反膜性能的机理,并探讨了高功率激光系统的洁净度控制方法。