多波段激光滤光膜的研制

针对光学仪器对多光谱光轴测试的特殊要求,采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过对材料的光学特性、膜系设汁和监控厚度误差的分析,优化工艺参数,在多光谱ZnS基底上,成功镀制多波段激光滤光膜,实现了多波段光谱的分束.所镀膜层在30°角入射条件下,可见400～700 nm波长范围内平均透射率高于90%,1064 nm和1540 nm波长处的透射率都低于5%,在红外波长10.6μm透射率高于92%,并且解决了膜层牢固性问题,能够承受激光光源的照射和恶劣的环境测试,完全满足光学仪器的使用要求.     

高功率激光宽谱增透膜的研究

为满足高功率激光抽运中氙灯及其防护隔板玻璃宽谱增透的要求,采用提拉镀膜法在K9基片上通过溶胶-凝胶工艺镀制有机硅-SiO2双层宽谱增透膜系.在实验的基础上讨论了有机硅-SiO2双层膜系中膜厚的搭配以及膜系的宽谱增透特性.实验研究表明通过合理的膜层搭配和对镀膜参量的有效调控,有机硅-SiO2双层宽谱增透膜系在376～927nm连续波段内具有透射率大于98%的增透效果,激光损伤阈值大于20J/cm2(1064nm,4ns),且性能稳定,完全满足氙灯及其防护隔板上宽谱增透膜的要求.     

激光雷达测距系统中滤光片的制备

针对激光雷达测距系统的使用要求,通过对镀膜材料的光学特性、膜系设计和监控方法的分析,优化工艺参数,采用电子束真空镀膜的方法,同时加离子辅助系统,选用TiO2和SiO2氧化物硬质薄膜材料在HB830颜色玻璃基底上镀制窄带滤光膜.用maclod灵敏度算法分析膜层的相对灵敏度,减小厚度监控误差,改进制备工艺过程,寻求膜系的最佳控制方法.所镀膜层在垂直入射的条件下,905 nm波长的透过率达86%以上,半峰值宽度为23 nm,并且通过提高膜厚控制精度解决了中心波长漂移、膜层吸收等问题.该膜层能够承受激光光源的照射,抵御恶劣的使用环境.     

掺铥钼酸钆钡晶体1.9μm腔面膜的研制

根据Tm3+∶BaGd2(MoO4)4激光晶体的发光特性,以厚度为1.1 mm的该晶体为基底,选择Ta2O5和SiO2作为高低折射率膜料,通过电子枪蒸镀的物理沉积方式分别在晶体两端面设计并镀制了输入膜系和输出膜系,同时采用霍尔离子源辅助沉积来增强晶体与膜层之间的结合力。镀膜后的晶体输入端面795 nm透过率大于90%,1.9 μm透过率小于0.2%;输出端面795 nm透过率小于10%,1.9 μm透过率等于6.55%。通过采用795 nm波长的半导体激光泵浦镀膜后的晶体,实现了1.9 μm准连续激光输出,结果表明该激光输入输出膜系的镀制满足激光器实验的使用要求。     

激光/电视分光膜的设计与研制

激光/电视分光膜实现了光路的"二光合一",简化了光学系统结构,在军用光学系统中得到了广泛应用。采用匹配层和Refinement计算机辅助法设计了激光电视分光膜,并对所设计的膜层进行镀制;最后,对制备的激光电视分光膜进行测试,结果表明膜层各项性能指标符合设计要求。     

脉冲激光沉积类金刚石膜红外增透技术研究

针对传统方法制备类金刚石(DLC)膜存在的3～5μm波段红外透过率低这一难题,采用飞秒脉冲激光沉积(PLD)法在红外材料硅基底上镀制DLC膜.重点考查了靶材与基片的间距、背景气压、激光单脉冲能量、负偏压、温度以及掺硅量等工艺参数对其透过率的影响,经过大量的实验与优化分析,总结出一套有效的脉冲激光沉积DLC膜工艺来制备优良的光学保护增透膜.相比传统工艺,大大提高了3～5μm波段的平均红外透过率,在硅基底上单面镀制DLC膜的最高红外透过率达到了68.2%,与理论最高值的68.7%仅相差0.5%.     

激光在硅基底沉积类金刚石膜的光学应用

研究了氧气氛和掺硅对类金刚石(DLC)膜性能的影响机理.采用飞秒激光烧蚀石墨靶材,通过氧气氛、掺硅和离轴平移旋转等技术,在硅基底上镀制出比传统工艺透过率、硬度、附着力和稳定性等性能更优的无氢DLC膜.实验验证了随着氧气氛压强的增大,样片透过率先增大后减小,存在一个最佳气压(2 Pa).并且掺硅有助于改善DLC膜的性能,掺硅量也存在一个最佳值.在3-5 μm波段,正面镀DLC膜、背面镀普通增透膜的硅红外窗口的平均透过率≥91.7%,DLC膜的纳米硬度高达40～50 GPa.且通过军标规定的高温、低温、湿热、盐雾、重摩擦等环境实验.满足光学窗口工程应用的要求.     

宽波段7:3 消偏振分光膜的设计及镀制

分光膜在倾斜使用时会存在较强的偏振效应,通常采用各种措施来减小这种偏振效应的影响,但基本上只能在单一波长或较窄波段范围内实现消偏振分光,其波段范围几乎不超过50 nm。根据设计要求运用解析法设计出一个合适的初始膜系,再在所设计的初始膜系基础上,运用TFCalc膜系设计软件采用解析法、Needle和变尺度优化法综合设计了45入射1 260～1 360 nm波段7:3消偏振分光膜,分析了该设计膜系的监控曲线以评价其可镀制性,并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行了实际镀制,获得了性能优良的45入射宽波段7:3消偏振分光膜。     

应力对薄膜偏振分束镜性能的影响及改进工艺

为了研究应力对薄膜偏振分束镜性能的影响和减少应力的方法,通过在镀制分光膜之前预镀Al2O3过渡层,镀制过程中提高真空度、升高基底温度、减慢薄膜沉积速率,以及封装过程中采用光学光敏胶紫外光照射快速凝固法来减少薄膜应力。利用CCD采集了工艺改进前后薄膜偏振分束镜反射光和透射光的光斑图像,利用消光比测试系统测量了工艺改进前后薄膜偏振分束镜反射光和透射光的消光比。结果表明,改进工艺后反射光和透射光的光斑能量更加集中,散斑现象变小;反射光和透射光的消光比特性明显提高。由此可见,通过改进镀制工艺和封装工艺可以使薄膜偏振分束镜的指标达到使用要求。     

1064 nm偏振薄膜的激光损伤特性

实验研究了偏振膜的0°和56°角激光损伤特性.研究表明,对于未镀SiO2覆盖层的偏振膜,S和P激光0°和56°角入射的损伤图貌为疤痕和膜层剥离,而对于镀SiO2覆盖层的偏振膜,0°和56°S偏振光的激光损伤主要为疤痕,56°P偏振光的激光损伤为30～50μm的孔洞,孔洞形成的原因与深入基片亚表面的抛光粉微粒有关.     

干拉法制备散射偏光片实验研究

散射偏光片是一种外观半透明略带雾度状态的新型光学功能薄膜材料。当自然光入射,一半光透射,一半光散射。这种散射偏光片在透明投影屏幕上具有应用前景,但还没有实现产业化。本文采用干法拉伸聚乙烯醇掺杂液晶(PVA∶LC)制备散射偏光片。首先,配制聚乙烯醇掺杂液晶水溶液乳胶,在平板玻璃上通过流延晾干成膜;然后采用小型拉伸机,边烘烤加热边拉伸至原长的4倍左右,制备出散射偏光片样品;最后,通过实验测试得出样品的透光率40%,偏振度57%。以样品作屏幕观察投影效果,结果显示投影偏振光与样品透光轴正交背投影效果最好。本文对于实现散射偏光片的产业化研究具有重要参考意义。     

电子束蒸发制备平板偏振膜激光损伤特性研究

采用电子束蒸发沉积技术制备了平板偏振膜。用Lambda900分光光度计测试了其光学性能。在中心波长1053 nm处P偏振光的透过率TP>98%,S偏振光的透过率TS<0.5%,消光比TP/TS>200∶1,带宽约为20 nm。用波长1064 nm,脉宽12 ns的脉冲激光进行损伤阈值测试,获得P偏振光的损伤阈值为17.2 J/cm2,S偏振光的损伤阈值为19.6 J/cm2。用Nomarski显微镜对薄膜的损伤形貌进行观察,并用Alpha-500型台阶仪对损伤深度进行测试。结果表明,P偏振光的激光损伤为界面损伤与缺陷损伤,而S偏振光的激光损伤主要是驻波电场引起的界面损伤,界面损伤发生在偏振膜表面第一层与第二层界面处,缺陷损伤发生在偏振膜内部。     

K9玻璃表面的1064nm激光损伤

K9玻璃是一种性能优异的光学材料,作为激光薄膜的基底,其抗激光损伤的特性和能力,直接影响高功率激光薄膜的性能,特别是对激光增透,偏振膜。本论文采用10ns的1064m激光,实验研究了K9玻璃前后的激光损伤特性,用Normski显微镜分析损伤图貌,结果显示玻璃前后表面的激光损伤表现不同。前表面主要表现为烧伤,后表面主要表现为破斑,前后表面的损伤阈值之比约为1．4。后表面的损伤形貌与前表面相比,基本为灾难性损伤,多次激光脉冲打击显示,后表面的激光损伤尺度随着激光脉冲数呈指数增长。     

激光辐照光学材料热力效应的解析计算和损伤评估

光学元件的损伤是高功率激光技术发展的一个瓶颈，为此以连续CO2激光辐照K9玻璃为例，研究了连续激光辐照光学材料的热力损伤机理。通过积分变换方法，求解热传导和热弹性力学方程组，由此得到激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。研究中发现在高斯光束作用下，热扩散长度的概念不再适用，因此通过曲线拟合方法，推导出最大热应力的位置与辐照时间的关系，并由此计算出材料的损伤阈值。由于K9玻璃的应力损伤阈值小于熔融损伤阈值，因此当激光作用引起的环向热应力大于材料的抗拉强度时，材料发生永久性损伤，损伤形态为拉伸解理。将理论模型的相关结论与实验结果相对比，两者吻合得很好。     

圆偏振片在ACTFELD中的应用

介绍了提高ＡＣＴＦＥＬＤ对比度的一种新方法，该方法利用在显示面板前添加圆偏振片来减小环境光对对比度的影响。在２８００ｌｘ的环境光照射下，得到了加有圆偏振片的显示区比无圆偏振片的显示区对比度高３３％的结果。     

3‐D optical modeling of thin‐film silicon solar cells on diffraction gratings

An effective rigorous 3‐D optical modeling of thin‐film silicon solar cells based on finite element method (FEM) is presented. The simulation of a flat single junction thin‐film silicon solar cell on thick glass (i.e., superstrate configuration) is used to validate a commercial FEM‐based package, the High Frequency Structure Simulator (HFSS). The results are compared with those of the reference software, Advanced Semiconductor Analysis (ASA) program, proving that the HFSS is capable of correctly handling glass as an incident material within very timely, short, and numerically stable calculations. By using the HFSS, we simulated single junction thin‐film silicon solar cells on glass substrates textured with one‐dimensional (1‐D) and two‐dimensional (2‐D) trapezoid‐shaped diffraction gratings. The correctness of the computed results, with respect to an actual device, is discussed, and the impact of different polarizations on spectral response and optical losses is examined. From the simulations carried out, optimal combinations for period and height in both 1‐D and 2‐D grating configurations can be indicated, leading to short‐circuit current percentage increase with respect to a flat cell of, respectively, 25.46% and 32.53%. With very limited computer memory usage and computational time in the order of tens of minutes for a single simulation, we promote the usage of 3‐D FEM as a rigorous and efficient way to simulate thin‐film silicon solar cells. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

激光双路对称透射法在线测量平板玻璃厚度

针对传统测量平板玻璃厚度的不足,基于光的折射原理,提出一种双路激光对称透射法,设计了在线测量平板玻璃厚度的装置,以线激光做光源,以对称平面镜组为光路转换装置,将对称分布的光路调制为两束相互平行的线激光,线阵CCD 传感器作为视觉探测工具,并针对测量图像的特点,选定背景与目标的过渡区域段的灰度值,作为单束线光带图像的边界阈值,使用改进灰度重心法提取线光带中心像素。通过对待测样品的实验检测,结果表明该方法测量精确可达0.1mm,该精度符合玻璃生产线中对其厚度检测标准的要求。由此证明了该方法的可行性,并具有良好的实用价值。     

Integrated optical waveguide polarizer on glass with a birefringentpolymer overlay

An integrated optical waveguide polarizer on glass is described. It is based on a filtering zone propagating only TE mode whereas the TM mode leaks out into a birefringent polymer simply deposited on the glass. The polymer is poled by a corona process. The measured polarization extinction ratio between TE and TM modes is better than 39 dB and the excess loss due to the filtering zone is less than 4 dB. The total loss is in the order of 7 dB     

玻璃和聚酰亚胺衬底上磁控溅射沉积的ZnO:Al透明导电膜的结构、电学和光学性能(英文)

利用射频磁控溅射方法在玻璃和聚酰亚胺膜(PI)衬底上沉积了氧化铝质量分数为2%的掺铝氧化锌透明导电薄膜(ZnO∶Al)。系统地研究了不同衬底材料对薄膜的结构、电学以及光学性能的影响。分析表明,衬底材料对薄膜的结晶性和电学性能有较大的影响,对可见光透射率却影响不大。X射线衍射(XRD)分析得出所有的ZnO∶Al具有良好的c轴择优取向性,在可见光区(400～800nm)两种衬底上的薄膜都达到了85%的透射率。玻璃衬底上的薄膜呈现出更强的(002)衍射峰及相对更小的半峰全宽(FWHM),薄膜电阻率达到了2.352×10-4Ω.cm。电镜分析表明,相对于PI上的ZnO∶Al膜,玻璃上ZnO∶Al膜表面有更致密的微观结构及更大的晶粒尺寸。PI衬底上的ZnO∶Al膜也有相对较好的电、光学性能,其中电阻率达到了6.336×10-4Ω.cm,而且由于PI衬底柔性可弯曲,使得它适于在柔性太阳电池和柔性液晶显示中做窗口层材料及透明导电电极。玻璃上的ZnO∶Al膜则可应用在平板显示和太阳电池技术中。     

脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验与仿真

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究.采用输出脉宽为10μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验,并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型,利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析.研究表明,K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2;入射激光能量密度越高,样品的损伤程度就越大,并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲;在激光能量较强的情况下,K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤,在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤,仿真分析结果与实验结果吻合良好.