低红外发射率TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜研究

利用磁控溅射在玻璃衬底上制备了具有良好的光谱选择性透过率的TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜.通过用X射线衍射、扫描电子显微镜、UV-VIS-NIR分光光度计、傅里叶红外光谱仪对样品进行表征,优化了薄膜的制备工艺,研究了多层膜的光学特性.结果表明,当Ag膜的厚度为12nm时,多层膜具有高的可见光透过率和优良的导电性能.样品在555nm波长处的透过率最高达93.5%,红外波段平均反射率为90%左右,8μm～14μm波段红外发射率ε＜0.2.Ag层厚度的增加使可见光高透过率波段变窄,透过率下降.内层及外层TiO2厚度的变化引起薄膜可见光透过峰的位置及强度发生变化,外层的影响高于内层.     

Ge基底7.5～11.5μm波段高性能红外增透膜的研制

为了提高Ge基底的红外光能量的透过率和膜层的机械强度,对Ge基底上高性能的红外宽带减反射膜的设计与制备工艺进行了研究.介绍了红外宽带减反射膜的合理的膜料选择、膜系设计和优化方法以及采用离子束辅助沉积技术沉积该膜系的过程.给出了离子束辅助沉积技术各工艺参数,以及在最佳参数条件下制备的7.5～11.μm波段宽带减反射膜单双面增透实测光谱曲线,其峰值透过率高达99.2%,在设计的波段范围内,平均透过率大于98%,膜层附着性能好,光机性能稳定,重复性好,能够通过GJB2485-95所规定的各项环境测试,并且光学性能没有明显的变化,这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义.     

基片表面状态对Pb1-xGexTe薄膜红外光学性能的影响

在高真空中用热蒸发的方法沉积了碲锗铅Pb1-xGexTe薄膜。分析了基片表面状态(粗糙度、 晶向、温度)对膜层结构和红外光学特性的影响,发现光滑表面容易得到致密膜层和高红外折射率; 随着沉积温度的增加,膜层的短波吸收边(λc)往长波方向移动。     

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.     

基于As40Se60硫系玻璃的长波红外增透膜研制

As₄₀Se₆₀硫系玻璃基底沉积红外光学薄膜存在牢固性不足的缺点，以膜层牢固性为研究对象来解决膜层附着力问题。首先选择了合适的膜层材料，完成了膜系的设计及优化；然后以沉积温度为影响因素进行单因素实验，研究了ZnS连接层的镀制工艺和残余应力，采用无离子源辅助的办法降低了连接层的残余应力，提高了膜层附着力；最终解决了较高温度下的薄膜脱膜问题，研制了一种透过波段为8～12μm的红外增透膜，并确定了镀制工艺运用于实际生产。所制备的薄膜平均透过率为98%、平均反射率为0.6%，附着力、高低温、湿热实验满足GJB2845—1995标准中的要求。     

可见-红外宽光谱的两种分色方法

空间光学遥感仪器的工作光谱往往覆盖从可见到长波红外的宽光谱范围,它们是利用数个甚至二十多个光谱通道获取信息的.因此通常需要一个覆盖全光谱的分色片将光谱一分为二,将不同光谱分配到透射和反射光路中.通过对基片材料、膜层材料、膜系结构的设计和分析,得到可见-红外宽光谱的两种分色方法.利用真空中的光学薄膜沉积技术,制备出了两类性能良好的可见-红外宽光谱分色片,光谱覆盖范围0.4μm～13μm,可见光区透射率大于80%,6μm ～13μm的长波红外反射率大于90%.     

基于8-11μm红外窗口系统中减反射与保护膜的研制

随着现代军事空间技术的快速发展,对红外探测器的要求越来越高。同时,对红外光学元件的要求也越来越苛刻。主要研究了硫化锌(ZnS)基底表面减反与保护膜的制备技术,采用介质膜与硬膜复合方法,通过对不同材料的对比分析,最终选取碳化锗(Ge1-xCx)材料作为介质膜与DLC 类金刚石保护膜的过渡层。利用电子束与离子源辅助沉积技术制备介质膜;磁控溅射技术制备过渡层碳化锗;化学气相沉积技术制备DLC 类金刚石保护膜,解决了介质膜与类金刚石保护膜应力匹配的问题,并通过对多种沉积工艺的整合,得到了一套稳定的工艺制备流程。最终在硫化锌基底上制备出的减反射与保护膜平均透过率达到92%,硬度符合要求。     

物理气相传输法制备层状MoS2薄膜

以化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底上沉积一层较厚的MoS_2膜作为前驱体,使用物理气相传输(PVT)方法制备了层状MoS_2薄膜。用光学显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱和光致发光光谱对制备的层状MoS_2膜表面形貌、层数、光学特性进行了研究。分析了源和衬底距离对MoS_2薄膜沉积的影响,发现距离较近有利于成核概率增大,形成连续膜,但是易引入不稳定因素导致立体生长的MoS_2纳米片,同时观察到出现树枝状生长,这是由于前驱体质量过剩引起的部分晶面生长速率过高导致的。喇曼光谱测试表明,薄膜大部分为单层膜和双层膜,有少量的多层膜,膜的光致发光光谱强度与层数有关,单层膜光致发光光谱强度最强。     

氮化硅、二氧化硅介质膜中氢含量的分析

以等离子化学汽相、低温沉积氮化硅、二氧化硅时,氢以Si-H键、Si-OH键或N-H键的形式存在于膜层中。氢的含量对膜层的结构、腐蚀速率、应力、折射率、防潮、抗划痕等性质都会产生明显的影响。近年来,用红外吸收(透过)光谱、红外多次反射光谱、傅里叶转换红外光谱、二次离子质谱、核实验技术等测定膜层中氢的含量,国外已有不少报导。本文对以上分析方法进行了简要的综述。文中还介绍了应用傅里叶转换红外光谱测定300℃辉光放电淀积氮化硅膜层的氢含量,其结果均在3.6～7× 10~(21)H/cm~3,与核实验技术测定结果相吻合。     

超硬非晶碳薄膜用作红外增透膜的研究

用激光烧蚀石墨靶方法在单晶硅衬底表面沉积了不同厚度的非晶碳膜。对膜进行了表面形貌观察、显微硬度测试，测试并分析了膜的Raman光谱和傅立叶变换红外光谱。发现膜含微晶石墨杂质较少，具有硬度高、化学惰性等优点，适应于制作硅衬底上波长低于8μm的红外增透膜。     

双波段共口径成像系统光机设计与分析

为了克服机载光电有效载荷(可见光摄像机和红外热像仪)各自独立、焦距过短的缺点,着重对可见光/红外共口径系统关键技术进行了研究。采用可见光、中波红外双波段共用主次镜的光学结构,可见光和红外焦距分别为1 500 mm和750 mm。选用合适的光学材料、合理的支撑方式,对系统反射镜支撑组件进行了静力学、动力学建模,优化了结构形式。采用光机热集成分析方法,指导、评价和优化光机系统设计过程,提高结构固有频率,增强系统热稳定性适应范围。系统结构设计基频大于200 Hz,在5 ℃均匀温变工况和重力作用下,反射镜面形PV值小于/10,RMS值小于/40,光学系统传递函数(MTF)达到0.38。结果表明,采用该方法设计的光机结构固有频率高,重力及热耦合变形、抗振性能等方面均能满足要求,系统具有良好的成像质量。     

红外上转换材料共焦光学检测器研究

提出了一种利用共焦光学结构来检测红外上转换材料被激发光的方法。采用下述步骤来提高探测灵敏度:基于红外上转换材料的光谱分布,专门设计了具有对激发外光全反射、对被激发的可见光全透射的分光反射器,用共焦光学结构有效地提高了材料的上转换效率,采用在可见光区灵敏度、在红外光区截止响应GaAsP半导体光敏器件,配合专用放大电路,实现了被激发可见光的微弱光检测。检测器能够稳定检测混合比>0.3%的红外上转换材料,给出了实验结果。     

长波红外连续变焦光学系统设计

针对320×240制冷型焦平面阵列探测器,根据机载红外搜索和跟踪系统使用要求,设计了一套高变倍比长波红外连续变焦光学系统。探讨了长波红外连续变焦设计方法,并对变焦系统的无热化和冷反射效应进行了分析。系统由变焦物镜系统、二次成像系统和一个反射镜构成,具有100%冷光阑效率。工作波段为8.7～11.7μm,F#为2.0,变焦范围30～300 mm,工作温度-30～50℃,在空间频率16 lp/mm处,全焦距范围和温度范围内MTF>0.45,接近衍射极限。具有像质好、分辨率高、结构紧凑、质量轻便等优点。     

可见光+1.54μm激光/长波红外分色片的设计和制备

可见+1.54μm激光/长波红外分色片分离可见光、激光和长波红外光,在多通道成像光学系统中起着重要的作用.分析了分色片基板和薄膜材料的选择,优化设计并用电子束蒸发法制备了该分色片,其反射率和透射率都达到了94%以上,已成功应用于实际光学系统.     

Visible Light Excitation Characteristics of Novel Infrared Up-conversion Materials

The Fluorescence excitation spectrum, emission spectrum and infrared up-conversion luminescence excitation spectrum are measured. The results of spectrum measurement show that the electron trapping materials CaS: Eu, Sm are of visible light excitation. The mechanism of visible light excitation is analyzed.     

高性能智能窗用掺钨二氧化钒膜系的研制

针对智能窗用的二氧化钒膜系需相变温度接近室温、红外调节率高、可见光透过率高等实际问题,通过薄膜设计(Coating designer,CODE)软件设计了一种由掺钨(Tungsten-doped,W-doped)二氧化钒(Vanadium dioxide,VO2)层和二氧化硅(Silicon dioxide,SiO2)减反层组成的高性能智能窗膜系。系统研究了各层膜的厚度对红外调节率和可见光透过率的影响,确定综合性能优良的膜系为玻璃/70nm掺钨二氧化钒/50nm二氧化硅,并采用大面积多靶磁控溅射系统制备出了该膜系。实验测得膜系的相变温度为38.2℃,红外调节率(2400 nm波长处)为40.4%,可见光的峰值透过率为46.3%。在太阳能红外波段,膜系具有良好的入射调节效果。此外,该膜系的制备方法与现有的大面积镀膜玻璃工艺兼容,适于工业化生产。     

一种圆筒形气体激光器的谐振腔方案

提出了一种光谱适用性较广、大功率输出的新型圆筒形增益区气体激光器的谐振腔设计方案.此腔由两个反射镜和含于两反射镜之间的两透镜组成,这种谐振腔方案更适宜于在5.3μm波长具有很高透过率材料(如CaF_2)的CO激光器和在可见光波段具有很高透过率材料(如光学玻璃)的He-Ne激光器.同时,结合实际应用以CO激光器为例,给出了其光腔参数.     

Oxygen Rich Titania: A Dopant Free,High Temperature Stable,and Visible‐Light Active Anatase Photocatalyst

The simultaneous existence of visible light photocatalytic activity and high temperature anatase phase stability up to 900 °C in undoped TiO₂ is reported for the first time. These properties are achieved by the in‐situ generation of oxygen through the thermal decomposition of peroxo‐titania complex (formed by the precursor modification with H₂O₂). Titania containing the highest amount of oxygen (16 H₂O₂‐TiO₂) retains 100% anatase phase even at 900 °C, where as the control sample exists as 100% rutile at this temperature. The same composition exhibits a six‐fold and two‐fold increase in visible light photocatalytic activities in comparison to the control sample and the standard photocatalyst Degussa P‐25 respectively. Among the various para­meters affecting the photocatalytic action, such as band gap narrowing, textural properties, crystallite size, and anatase phase stability, band gap narrowing was identified as the major factor responsible for the visible light photocatalytic activity. Increased Ti–O–Ti bond strength and upward shifting of the valence band (VB) maximum, which is responsible for the high temperature stability and visible light activity respectively, are identified from FT–IR, XPS, and photoluminescence (PL) spectroscopic studies. It is therefore proposed that the oxygen excess defects present in these titania samples are responsible for the high temperature stability and enhanced visible light photocatalytic activities.     

面向MEMS红外光源的辐射增强结构设计

针对常规TO封装下红外光源辐射量在一定光程下严重衰减的不足,基于自研的MEMS红外光源结构,提出了用于红外辐射增强的反射镜及用于光束准直的透镜封装结构,以期大幅提高光源有效辐射效率。本文基于Zemax软件对红外光源在光路中的辐射特性进行了模拟仿真。仿真结果表明:红外光源放置于9.52 mm口径、9.41 mm深度的抛物面反射镜的焦点位置,辐射能量提高了15.5倍;采用2.2 mm厚的BaF2材料的双凸曲面辐射透镜,红外光线呈准直收敛辐射,辐射效率最大可以达到27.42%。本工作研究成果为红外光学气体传感器光源提供了合理的红外辐射增强结构尺寸参数,有效提高了系统的稳定性和光源的辐射效率。     

应用于白光LED倒装芯片的DBR反射镜

结合数值模拟与实验测试,对一种可应用于白光LED倒装芯片的分布式布拉格反射镜(DBR)的反射率特性进行研究。结果表明,25个周期的DBR膜系能够满足400~650 nm的反射要求。与传统银/钛钨合金(Ag/TiW)金属反射镜进行了比较。在白光的450~460 nm波段,DBR的反射率比传统金属反射镜高出约3.4%。与金属结构的传统反射镜芯片相比,具有DBR结构的白光LED芯片的辐射功率提高了3.59%。