激光薄膜偏振片:单色偏振膜设计

本文提出一种独特的求解平板型偏振膜系工作点的计算方法。利用三层对称组合膜的特性,解一个或两个超越方程,便确定膜系各层的厚度。如此膜系对预定波长的P光,透射率为100%,对S光的反射率可按需要程度逼近100%。这种方法的特点是,精度高,概念清晰,能够求解任何两种高低折射率薄膜组合,能够设计各种波长的偏振片。根据这种设计方法,用电子计算机计算了一系列由常用膜料组成的偏振片,给出了计算结果。     

ZrO2/SiO2棱镜偏振膜的膜系优化设计与制备

对以K9玻璃为基底,采用ZrO2和SiO2为高低膜料来制备棱镜偏振膜,并进行膜系优化设计.设计指标为:波长540nm处满足Tp>99%,Ts13H3LH为最佳膜系.测试结果表明,此膜系完全满足设计指标,偏振性能优良.探讨了参考波长对偏振膜工作带宽的影响.     

1.06微米宽带硬膜偏振片的研制

本文用自动设计的方法设计了在较宽光谱范围内具有优良特性的偏振膜,并对该膜系的稳定性以及厚度控制误差对其特性的影响进行了分析。本文选用TiO_2和SiO_2作为偏振膜的材料。在实验的基础上,建立了TiO_2膜的折射率与基体温度的关系以及TiO_2膜的吸收率与淀积条件的关系。制成的偏振膜的性能,在1.0μm附近约200(?)的范围内,T_p≥95%,T_s≤1%。这种偏振膜可以作为大功率激光系统的偏振元件。     

偏振片偏振化方向的确定及在液晶显示中的检验

偏振片是一重要的光学器件,通常实验室所用偏振片的偏振化方向未知。为了得到精确的偏振片的偏振化方向,提出了一种基于布儒斯特定律测定偏振片偏振化方向的方法,并将已测定偏振化方向的偏振片置于液晶光电测试系统的光路中,测得透光量随偏振片偏振化方向与液晶盒前摩擦取向方向夹角的变化关系。实验结果表明：偏振片偏振化方向和液晶盒前摩擦取向方向夹角为45°时,透光量达到最大,并以此角测试了透光量随施加电压、时间的变化且给予了理论分析,验证了基于布儒斯特定律可以精确测定偏振片的偏振化方向,从而依据此研究,搭建了一个物理实验光路来测定未知偏振片的偏振化方向,并通过已知的光电测试系统给予验证,便于偏振片在需要精确测定其偏振化方向的领域得到更好的应用。     

特殊偏振滤光片的设计

液晶光阀大屏幕投影显示中的偏振分光系统－特殊偏振滤光片（分色膜、偏振与消偏振膜）。从投影显示的目的出发，提出了理想状态下偏振分光系统各个膜系的光谱曲线，并从此为设计要求，对其进行实际设计。从色度学的角度出发确立液晶光阀大屏幕投影显示中画面颜色完全复现的评价函数，以评判整个系统的颜色好坏；并对理想状态膜系和实际设计膜系进行验证。     

通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应分析与优化

为了满足高精度偏振探测要求,通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响,并对其进行相应的分析和优化。首先,分析望远镜组偏振效应的影响因素,采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型,并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着,通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟,设计相应的低偏振效应膜系。最后,运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明,在580 nm和750 nm波长处,低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处,低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应,提高仪器的偏振探测精度。     

基于偏振分光棱镜的高精度偏振分光系统

针对现有普通偏振分光棱镜(PBS)消光比低、偏振串扰等不足,提出一种由PBS和偏振片构成的高精度偏振分光系统。在PBS的反射通道和透射通道插入偏振片,并调整偏振片的透光轴方向,以便最大程度地抑制偏振串扰。理论计算和数值仿真一致表明,该偏振分光系统能够实现更高精度的偏振分光。实验测得,当入射光强度比为-47.5dB时,普通PBS的偏振分光误差为57.3%,添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为14.3%;而当入射光强度比为47.8dB时,普通PBS的偏振分光误差为15.5%,添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为8.6%。提出的偏振分光系统简单实用,可广泛应用于偏振光学系统中。     

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。     

宽波长宽角度消偏振分光镜设计

简要介绍K9玻璃棱镜中用金属介质膜系实现宽波长宽角度消偏振的设计 ,设计波长为 4 2 0～ 6 80nm ,空气中的入射角变化范围为± 8° ,膜系的透过率T和反射率R的平均偏离约为 2 .5 % ,S偏振分量和P偏振分量的平均偏离约为 1%。     

宽角度宽波长偏振分光膜系的设计研究

详细讨论在高折射率玻璃棱镜上实现宽角度宽波长偏振分光的膜系设计,设计波长为 420-680nm,在空气中的入射角变化范围达到18．5°,是3种薄膜材料实现的偏振分光设计中 角度最宽的。     

激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响

纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年,但纳秒量级以上脉宽却很少提及。因此,针对10 ns~1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究,计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布,并分析了其激光热损伤特性。结果表明,对于长脉宽激光,热扩散深度大,薄膜损伤的电场效应被削弱,热传导效应在损伤中占据主导地位,损伤可至基底;短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感,损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验,损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。     

偏振分光膜中节瘤的激光损伤特性

研究了1 064 nm HfO2/SiO2偏振分光膜中节瘤的损伤特性。为了研究偏振分光膜中节瘤缺陷种子源粒径大小与损伤阈值之间的关系,在熔石英基板上植入了尺寸和密度可控的单分散性的SiO2小球,并采用电子束蒸发技术在熔石英基板上制备了1 064 nm HfO2/SiO2偏振分光膜。为了便于损伤测试,节瘤缺陷密度控制在20~40 mm2左右,并采取旋涂的措施防止了SiO2小球团聚的现象。为了获得人工节瘤损伤能量的统计值,用脉宽为10 ns的1 064 nm脉冲激光进行了光栅扫描式损伤测试。实验结果表明在偏振分光膜中节瘤缺陷的损伤阈值随着种子源粒径的增大而单调下降。     

脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验

高功率的激光系统对光学元件的抗激光损伤性能的要求不断提高。主要研究薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤特性及其机理,实验采用YAG脉冲激光器对TiO2/SiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。实验结果表明:采用低能量激光诱导对薄膜的光学透过率影响不大。经低能量激光诱导后,薄膜的表面结构缺陷得以修复,表面结构趋于完整,变得均匀和细腻。脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜样片,激光能量阶较小时,其损伤阈值随能量增加而增加,损伤阈值最大可增加1倍;激光能量阶较大时,其损伤阈值随能量增加而减小。     

激光对非λ/4膜系变反射率薄膜的损伤机理

讨论了高功率激光对非λ/4膜层组成的变反射率光学介质薄膜损伤时的场作用和热作用的物理机理,并对实际膜层的激光损伤阈值进行了测试.理论和实验研究结果证明,激光对该种膜系产生损伤的主要原因是膜层吸收激光能量引起的.     

高损伤阈值激光反射镜的设计方法

为了提高激光反射膜的光谱特性和抗激光损伤特性,提出了一种高损伤阈值激光反射镜的设计方法：采用HfO2-Nb2O5-SiO2多材料混合膜系结构,利用Nb2O5-SiO2折射率差值大的特点,在较少的膜层数下达到高反射率要求;利用HfO2-SiO2组合具有高的抗激光损伤特点,在Nb2O5-SiO2膜堆的最外部分叠加HfO2-SiO2膜堆,取长补短,做到采用较少的膜层数,达到高反射率要求,同时提高薄膜的抗激光损伤能力.该方法能灵活有效地按照不同膜系要求进行材料组合,具有很高的实用价值,达到工程最优化设计.     

Nd:GGG晶体缺陷对其抗光损伤影响的研究

文中对Nd:GGG晶体进行了光谱分析比较、显微观测及抗光损伤实验,讨论了晶体内部存在的色心吸收及弥散状散射对晶体抗光损伤的影响.通过采取新的生长工艺后克服了严重影响晶体抗光损伤的缺陷,得到了无色心吸收,无弥散状散射的Nd:GGG晶体抗光损伤阈值达到2GW/cm2以上.     

近阈值能量密度下薄膜的激光损伤特点

采用毫米量级大光斑的近单模的激光器 ,控制入射薄膜表面的激光能量 ,获得了几种常见单层膜和增透膜的损伤形貌 ,实验结果表明 ,薄膜的损伤可区分为熔化型和应力型两种 ,薄膜表面等离子体对损伤斑点的扩大有重要作用。     

近阈值能量密度下薄膜的激光损伤特点

采用毫米量级大光斑的近单模的激光器,控制入射薄膜表面的激光能量,获得了几种常见单层膜和增透膜的损伤形貌,实验结果表明,薄膜的损伤可区分为熔化型和应力型两种,薄膜表面等离子体对损伤斑点的扩大有重要作用。     

液晶光学器件激光损伤研究

为了实现液晶光学器件在高功率固体脉冲激光装置上的应用,采用理论模拟和实验相结合的方法研究了液晶光学器件的激光损伤情况,建立了液晶光学器件激光损伤的物理模型,计算了一定入射激光能量密度下液晶光学器件的温度场分布和损伤情况,测量了液晶光学器件中聚酰亚胺薄膜和液晶材料的激光损伤阈值,得到了液晶光学器件的激光损伤机理和损伤阈值。结果表明,液晶光学器件的激光损伤主要源于组成液晶光学器件的聚酰亚胺薄膜和液晶材料因温度升高导致的破坏,通过液晶光学器件结构的合理设计和物理参量的选择可以提高其抗激光损伤能力。     

不同脉宽皮秒激光对介质膜损伤修复的热影响

为了更深层次探究超短脉冲激光对惯性约束聚变(ICF)光学系统中常见的多膜层元件损伤修复性能以及特点,分别采用了240、35、6ps的1053nm激光脉冲在1053nm 0°高反膜上进行了损伤修复以及损伤增长测试实验,并在1053nm 45°高反膜上进行了大损伤区域的扫描修复实验。通过比较不同脉宽的修复点形貌以及损伤增长阈值,说明了超短脉冲用于修复多膜层光学元件损伤的优越性,并且脉宽越短修复效果越好。多点脉冲扫描修复结果表明,可以通过三维控制系统来任意控制扫描修复点形貌以达到最佳修复状态。