基于遗传算法的透射光谱法测量薄膜光学参数

基于多光束干涉理论建立了单层薄膜的透射率模型,并且得到了薄膜透射率与厚度及折射率之间的关系的数学模型,进而利用遗传算法求解该数学模型。根据薄膜透射光谱数学模型的特殊性,按照实际的精度需求,有针对性地选取了遗传算法中种群大小、交叉概率和变异概率等关键参数,并且针对透射光谱的具体情况,设计了离散化的适应度函数。最终的拟合结果表明,基于遗传算法的透射光谱法能够快速、准确地得到薄膜的光学参数。     

透射光谱法测试薄膜的光学参数

推导了使用透射光谱极值法来确定薄膜光学参数的理论公式,并对溶胶一凝胶法制作的掺不同浓度二氧化锡的二氧化硅薄膜的折射率和厚度进行了计算。由于透射光谱法来确定薄膜的光学参数时需要其有一定的厚度来形成干涉峰,而用溶胶凝胶浸渍法单次提拉的薄膜厚度太薄,因此用多次提拉的方法来增加厚度。最后借助于柯西色散公式,在其它波段对折射率进行了拟合。结果表明,薄膜的折射率随着二氧化锡含量的增加而增加,相同提拉次数的薄膜厚度也基本相同。     

磁泡膜厚度的可见光谱测量法

磁泡膜通常是指在钆镓石榴石(GGG)基片上外延的一层铁石榴石薄膜,它的厚度为几个微米,由于厚度对磁特性有影响,膜的厚度成为一个重要参数。磁泡类型的外延膜也可用作磁光器件,如在激光陀螺中的磁镜。测量此种外延膜厚度的不破坏方法最常用的是红外透射光谱法〔1〕。但用红外谱测厚存在二个问题:一是外延膜生长在基片的上下两面,透射法对两个面的干涉效果是相同的,实际测得的干涉图是由上下两个外延膜的干涉图的叠加而成;二是光谱法测厚需用介质的折射率数据,可见光下测薄膜折射率的方法很多,如椭偏仪法、布     

几种氟化物薄膜材料的光学特性

为了进一步明确氟化薄膜材料在紫外(UV)-真空紫外(VUV)波段的光学常数,研究了真空紫外领域常用的基底材料和6种大带隙的氟化物薄膜材料的光学特性.分别在熔石英(JGS1)基底和氟化镁单晶基底上用热舟蒸发法以不同的沉积速率和不同的基底温度镀制了3种高折射率材料薄膜LaF3、NdF3、GdF3和3种低折射率材料薄膜MgF2、AlF3、Na3AlF6;在国家同步辐射真空紫外实验站测定了它们120～300 nm的透射光谱曲线,用商用lambda900光谱仪测量了它们190～500 nm的透射光谱曲线,两者相结合标定了透射率的准确值.用包络法和模拟退火相结合研究了它们在120～500 nm的折射率和消光系数,给出了6种氟化物材料的光谱色散曲线.结果显示,3种高折射率薄膜的折射率在157 nm处约为1.77～1.89,而3种低折射率薄膜的折射率在157 nm处约为1.44～1.48;研究表明,选用折射率相差较大的高、低折射率氟化物薄膜,可在膜系设计中组成高低折射率材料对,用于设计各种实用的薄膜器件.     

用透射法测量单层薄膜的折射率

根据单层薄膜透射率的表达式,提出了一种用透射法测量薄膜折射率的新方法。按照该方法,通过测量p光和s光在相同入射角下的透射率,可以计算得到薄膜的折射率。在测量中考虑了影响测量结果的两个方面,从而减少了实验误差。在波长为532nm的激光照射下,采用该法测得MgF2薄膜的折射率为1.379±0.005,相对误差小于0.4%。     

基于自适应模拟退火算法的薄膜特性参数计算方法研究

提出了根据测量得到的待测薄膜的透射率数据,采用全局优化算法—自适应模拟退火算法结合共轭梯度算法求解薄膜的光学特性参数。并对T a2O5单层薄膜的厚度及折射率进行测量计算。实验结果表明,计算得到的光学特性参数值与实测结果相一致,厚度误差小于3nm,在540nm处折射率误差小于0.02。该方法具有操作简单、无损测量、计算速度快、精度高等优点,具有相当的实用性。     

双金属镜微腔结构中单介质调谐层的设计

根据优化势透射率给出了双金属镜微腔中理想单介质调谐层的折射率和厚度,估算了由于在可见光波段实际材料的限制引起的透射率光谱的改变,并且结合腔镜的反射系数和位相改变引起的微腔辐射因子的变化,综合考虑了单介质调谐层对整个器件发光耦合效率的影响。说明在设计含有源层的金属薄膜微腔器件中,介质层的设计和优化应考虑微腔效应的变化。     

离子束溅射制备SiO2薄膜的折射率与应力调整

基于正交试验方法,系统研究了用离子束溅射法制备SiO2薄膜其折射率、应力与工艺参数(基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量)之间的关联性.使用分光光度计和椭圆偏振仪测量SiO2薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,利用全光谱反演计算法获得薄膜的折射率,通过测量基底镀膜前后的表面变形量得到SiO2薄膜的应力.实验结果表明,工艺参数对薄膜折射率影响权重从大到小依次为氧气流量、基板温度、离子束流和离子束压,前三者对折射率影响的可信概率分别为87.03％、71.98％和69.53％;对SiO2薄膜应力影响权重从大到小依次为基板温度、离子束压、氧气流量和离子束流,前三者对应力影响的可信概率分别为95.62％、48.49％和37.88％.得到的结果表明,制备低折射率SiO2薄膜应选择高氧气流量、低基板温度和低离子束流;制备低应力SiO2薄膜应选择低基板温度和高氧气流量.     

金刚石红外增透保护膜的研制及特性拟合

论述了在硅基板上用热灯丝法制备金刚石红外增透保护膜的工艺，通过多灯丝法、预打磨处理以及加偏压等方法得到了特性优良的金刚石薄膜，并利用对金刚石薄膜─硅板体系红外透射率的曲线拟合，推知了一系列不易直接测量的特性参数，如折射率，吸收系数，薄膜厚度等。     

用模拟退火法确定MgF2薄膜折射率和厚度

研究了确定单层MgF2薄膜的物理厚度及其在深紫外/真空紫外波段折射率的方法.首先,利用钼舟热蒸发工艺在B270基底上制备了单层MgF2薄膜.然后,依据MgF2单层膜在不同入射角下的反射光谱,采用模拟退火方法确定了MgF2薄膜在170～260 nm波段的折射率和物理厚度,并与由椭圆偏振法确定的薄膜参数进行了比较.实验显示,采用模拟退火和椭圆偏振两种方法确定的MgF2薄膜厚度分别为248.5 nm和249.5 nm,偏差为0.4％;而用上述两种方法在240～260 nm波段确定的单层MgF2薄膜的折射率偏差均小于0.003.得到的结果证实了依据不同入射角下的反射光谱,用模拟退火方法确定MgF2薄膜厚度和折射率的可靠性.     

基于光纤激光频率分裂效应的折射率 / 厚度 双参量测量研究

折射率作为光学系统中应用最广泛的光学参数之一,对系统的光学性能具有极其重要的影响。 厚度与折射率所组成的 光学长度直接影响双折射器件在光学系统中的时延特性。 本文提出一种基于光纤激光频率分裂效应的折射率/ 厚度双参量测 量方法。 该系统通过对插入激光腔内的双折射器件进行旋转,利用频率分裂效应对不同角度的器件的双折射参数进行测量。 基于双折射器件中的折射率椭球,建立相位延迟、折射率、厚度和旋转角度之间的关系,通过拟合计算得到器件的折射率/ 厚度 参数。 实验结果表明,通过该系统对双折射元件的厚度测量误差为 210 nm,本征折射率进行测量误差为 10 -5 ,可广泛应用于红 外波段的双折射器件的本征折射率/ 厚度双参量测量。     

基于改进型遗传算法的薄膜厚度及光学常数反演

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都十分重要。借助Cauchy色散模型和P阶评函数,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。理论验证是对电子束蒸发制备的TiO_2和反应磁控溅射制备的Si_3N_4薄膜进行测试拟合,计算得到的结果与文献报道的一致,误差小于0.5%。     

A hybrid algorithm for reengineering the refractive index profile of inhomogeneous coatings from optical in-situ broadband monitoring data

1Introduction Inhomogeneouscoatingswithawell defined continuousrefractiveindexprofilealonganaxis thatisperpendiculartothefilmsurface,suchas so calledgradientindexlayersandrugatefilters representnewandprospectivethinfilmdesigns.Particularly,thelowopticalscatterlevelandthe wideaccessibleangularrangemakethemsuperi ortotraditionalstackswithrespecttoselected applicationssuchasnotchfilteroromnidirec tionaldevices[1].Manufacturingsuchsystemsin practicerequiresnewsynthesis,adapteddeposi tionprocessesa…     

Optical characteristics of thin film coating and measurement of its thickness

Theoretical analysis of the optical characteristics of thin film coatings was carried out. The relations of refractive index, phase change and film thickness were studied. As a result, a new optical method of measuring thickness of thin metallic coatings was developed. Further, the technique can also be used to find the refractive index of the thin film and the phase change of the light beam owing to being reflected from the coating. It is shown that the new method is very accurate for measuring the thin coating thickness. A specimen coating was tested with a polarised laser beam and the measured phase change falls between the reasonable range of 0 and π.     

中国部分地区的春季气溶胶光学特性

为了研究不同地区的气溶胶光学特性,了解地区间气溶胶成分和来源的差异,建立了典型地区的气溶胶光学模式。基于POM02太阳辐射计测量的太阳直射辐射和散射辐射值,利用SKYRAD算法获得了青海德令哈、安徽合肥、广东茂名3个地区的春季气溶胶光学特性参数,包括谱分布、折射指数和单次散射反照率等。然后基于这些参数对气溶胶来源和分布特征进行分析,最后分析了浮尘天气对气溶胶光学参数的影响。结果表明德令哈地区大气清洁度较高,24%的光学厚度分布在0.2以下,气溶胶来源单一,以大粒子为主导;合肥地区有39%的波长指数分布在0.8~1.0之间,折射率实部随波长变化不明显,气溶胶来源复杂,以小粒子为主导;茂名地区54%的光学厚度集中在0.5左右,分布区间稳定;沙尘天气中,大粒子的增加是气溶胶光学厚度增大的主要原因。     

待测介质折射率对光纤SPR光谱的特性研究

为提高光纤传感器的灵敏度和检测精度,达到精确测量的目的。基于表面等离子体共振(SPR)理论及TFCalc软件,仿真研究光纤表面等离子体共振传感器的反射光谱特性,考查待测介质折射率在一定范围内变化对反射光谱特性的影响。研究结果表明,当入射角一定时,表面等离子体共振的最佳膜厚随待测介质折射率的减小而减小;当膜厚和入射角度不变时,表面等离子体共振波长随待测介质折射率的减小向短波长方向移动。共振吸收峰随待测介质折射率的减小移动的距离越小,且逐渐变窄,传感器的灵敏度逐渐提高。     

镀金属膜长周期光纤光栅的传感特性

本文基于耦合模理论, 建立了严格的四层金属膜理论模型, 探讨了镀金属膜长周期光纤光栅(Long-period fiber grating, LPFG)的温度、 应变及折射率特性, 以及镀膜参数对镀金属膜长周期光纤光栅光谱特性的影响.仿真结果表明, 长周期光纤光栅表面最优的金属膜厚度将引起表现等离子共振(Surface-plasmon resonance, SPR)特性, 这一特性将使得LPFG 对稳定及折射率都有较高的敏感性, 而对应变影响较小. 理论分析表明, 银膜厚度在0.8-1.2 nm 范围内时, 折射率敏感度达到最大值为42.402 6, 敏感度增加4.5%. 仿真结果为镀膜长周期光纤光栅的设计及参数优化提供了理论指导.     

测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的曲线拟合算法

提出了基于曲线拟合的光纤透镜聚焦常数的测试方法,用于超小自聚焦光纤探头研制过程中聚焦常数的直接测试。基于自聚焦光纤透镜模型及其折射率分布特征,研究了测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的二次多项式拟合和线性化拟合算法。论述了聚焦常数对超小自聚焦光纤探针传光性能的影响。利用光纤端面折射率测试仪测试自聚焦光纤的折射率分布轮廓曲线,根据二次多项式拟合和线性化拟合算法分别求得聚焦常数和中心折射率。实验结果显示,利用二次多项式拟合算法和线性拟合算法求出的聚焦常数分别为5.587mm-1和5.513mm-1,与厂家的标称值5.5mm-1基本吻合,表明曲线拟合算法适用于对自聚焦光纤透镜聚焦常数的测量与分析。