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。     

全自动纳米多孔材料薄膜折射率和厚度测定系统

由光学原理推出薄膜折射率和厚度的计算公式,利用步进电机的全自动定位来改变p光和s光下的入射角,测到纳米材料薄膜的反射率,样机测量结果显示薄膜折射率的误差＜0.1,薄膜厚度的误差＜3%.     

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%。     

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.     

光谱法测量薄膜厚度算法的改进

提出了一种计算薄膜厚度的单极值点算法。在对SiO2二氧化硅薄膜的测试中，该测试方法与椭圆偏振仪的测试结果相对照，纵向测量误差小于2nm．讨论了双极值点算法计算薄膜厚度，对薄膜的反射干涉光谱曲线进行了分析。主要讨论了薄膜材料色散对测试精度的影响，在此基础上对算法进行了改进，最终利用单个极值点的数据计算出薄膜的厚度。该方法和双极值点算法相比较，其优点在于考虑了薄膜材料的色散对测试结果带来的影响，通过精确定位光谱曲线上的极值点阶数和选择合适的极值点，达到了很好的测量精度。     

光纤频谱仪测试膜厚的新技术研究

在“Y”型光纤一个端面上垂直放置涂有透明薄膜的玻璃片，入射光在薄膜层的上下表面处两次反射，由于光程差的存在，反射光会发生干涉。不需要测量干涉条纹，根据Fresnel反射定律，仅通过对反射光谱的分析计算，可以测出薄膜的厚度以及折射率。该方法测量精度高、速度快、对薄膜无破坏作用。膜厚测量范围为0．5至几十微米，测量误差小于7nm。     

紫外激光单脉冲辐照损伤金属薄膜的数值模拟研究

针对不同厚度的镍膜以及金膜,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics研究了波长248nm、矩形脉冲宽度14ns激光辐照损伤阈值随膜厚变化的物理过程。本研究与他人的理论计算和实验测得的结果基本一致,研究表明:在高强度单脉冲激光均匀辐照下,金属薄膜表面的损伤主要是由于激光能量在其材料内部的沉积而导致的热效应引起的;当金属薄膜的厚度小于其光学吸收长度时(镍膜厚度<8nm,金膜厚度<12nm),其熔融损伤阈值随着薄膜厚度的增加而减小;当薄膜厚度大于光学吸收长度而小于其热扩散长度时(镍膜厚度8~730nm,金膜厚度12~1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度增加而线性增加;当薄膜厚度大于其热扩散长度时(镍膜厚度>730nm,金膜厚度>1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度的增大基本保持不变。     

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.     

真空热处理对硫化锌薄膜光学与微结构特性的影响

针对电子束蒸发离子辅助沉积的硫化锌薄膜,研究了550℃以下真空热处理对其光学与微结构特性的影响。薄膜光学和微结构特性的测试分析表明:制备后薄膜为类立方结构的ZnS,在337.5nm波长处出现临界特性转折点,随着热处理温度的增加,转折波长两侧的消光系数变化规律相反,折射率和物理厚度呈现下降趋势,薄膜的禁带宽度逐渐增加;在红外波段的薄膜折射率与热处理温度的变化并不显著,在350℃下热处理时消光系数出现转折,主要是由晶粒变小的趋势所致;通过晶相分析,硫化锌薄膜经历了类立方结构到六方结构的转换,与禁带宽度的变化趋势基本一致。分析结果表明,光学特性变化的根本原因是薄膜的微结构特性变化。     

用干涉极值法监控有机电致发光薄膜厚度的研究

根据Ａｂｅｌｅｓ 法测量了喔星锌的折射率,为１．６９７;代替石英晶体振荡法,利用干涉极值法监控,通过真空蒸发镀制了光学厚度（ｎｄ）为５４０ｎｍ 的喔星锌有机电致发光薄膜,说明在真空蒸发下干涉极值法监控有机电致发光薄膜的膜厚是有效的。     

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.     

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.     

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。     

Utilizing confocal microscopy to measure refractive index of articular cartilage

This study proposes a method for measuring the refractive index of articular cartilage within a thin and small specimen slice. The cartilage specimen, with a thickness of about 50 μm, was put next to a thin film of immersion oil of similar thickness. Both the articular cartilage and immersion oil were scanned along the depth direction using a confocal microscope. The refractive index mismatch between the cartilage and the immersion oil induced a slight axial deformation in the confocal images of the cartilage specimen that was accurately measured by a subpixel edge‐detection‐based technique. A theoretical model was built to quantify the focal shift of confocal microscopy caused by the refractive index mismatch. With the quantitative deformations of cartilage images and the quantified function of focal shift, the refractive index of articular cartilage was accurately interpolated. At 561 nm, 0.1 MPa and 20 °C, the overall refractive index of the six cartilage plugs was 1.3975 ± 0.0156. The overall coefficient of variation of all cartilage specimens was 0.68%, which indicated the high repeatability of our method. The verification experiments using distilled water showed a minimal relative error of 0.02%.     

基于遗传算法的透射光谱法测量薄膜光学常量

目前的实际生产加工需求中,需要一种高精度、简单易行的薄膜参数检测方法。但是,传统的基于透射光谱法的单纯形法只能够得到薄膜的厚度信息,无法获取准确的薄膜的折射率。本文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T与厚度d及折射率n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。由于薄膜透射光谱数学模型的特殊性,按照实际的精度需求,有针对性的选取了遗传算法中的关键参数：种群大小、交叉概率和变异概率。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、准确的得到薄膜的光学参数。     

高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计

为提高光纤光栅温度传感器的灵敏度,文中采取纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周期光纤光栅且在其包层外面涂覆一层随温度的升高折射率减小的薄膜材料,同时采用热膨胀系数大的金属封装光栅三种增敏措施。计算表明,增敏后的温度传感器其灵敏度系数为0.2375nm/℃,温度测量分辨力小于0.1℃。