光学薄膜设计中的色散影响的考虑

本文以近红外干涉截止滤光膜为例,考察了ZnS、MgF_2薄膜色散对光学薄膜特性的影响.分别给出了光谱特性的理论计算曲线和实验曲线.比对结果表明:紫外—可见—近红外波段区,ZnS比MgF_2色散大.必需考虑ZnS的折射率随波长的变化;经过色散修正的光谱特性曲线与实验曲线基本吻合.     

PMNT薄膜可见-红外光学性质的研究

通过对不同组分的铌镁钛酸铅(PMNT)薄膜的紫外-可见透射光谱以及红外椭圆偏振光谱的分析,利用Tauc-Lorentz(T-L) Cauchy色散关系和经典中红外色散关系,得到了该材料在可见和中红外区的光学常数,发现在可见和中红外区,薄膜的折射率随着PT(PbTiO3)含量的增加而增大,但是薄膜的光学禁带宽度随之而减小.     

红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法

红外光学系统中靠近探测器的光学元件通常处于低温环境中,低温环境会使得光学元件表面薄膜的透射光谱发生漂移,进而严重影响红外光学系统的成像质量。研究发现光谱漂移是由于系统中红外光学薄膜的折射率发生了改变。论文针对红外光学薄膜材料折射率温度特性开展了研究,在光学薄膜理论基础上,通过分析几种波长色散模型的特点,提出了一种红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法。该方法基于不同温度测得的透射率光谱,通过光谱反演得到不同温度条件下光学薄膜材料的折射率,并在Cauchy色散模型的基础上,通过数据拟合分析,能够得到红外光学薄膜材料的折射率温度/波长色散公式。采用该方法对PbTe、Ge两种典型红外光学薄膜材料折射率温度特性进行了分析研究,验证了该方法的可行性。     

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉腔反射率确定方法

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉光谱成像系统获取的干涉条纹承载着目标重要的干涉信息,其正弦性的好坏和调制度的高低直接影响了目标干涉信息的提取。而变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉腔材料的反射率值是变间隙F-P干涉光谱成像系统的重要性能参数。为提高变间隙F-P干涉光谱成像系统整个系统的性能,从系统干涉条纹的正弦性和调制度两方面约束了变间隙F-P干涉腔反射率值的选取。文中分别建立了干涉条纹正弦性和调制度与变间隙F-P干涉腔材料反射率之间的数学关系,并给出合理地目标函数,以确保干涉条纹正弦性和调制度同时达到相对最佳值时,变间隙F-P干涉腔材料的反射率最佳。此外,搭建了长波红外变间隙F-P干涉式光谱成像系统,采用测量聚丙烯薄膜的光谱透过率实验验证了上述理论分析的正确性。     

介质色散对高斯型频谱双光束干涉的影响

当光源为高斯型光谱,非平衡光路中考虑介质色散时求出双光束干涉的光强度解析解。分析了干涉条纹可见度和可见范围与介质的厚度、色散及光谱线宽度的关系;干涉光强度变化的相位关系。据此得出:白光干涉法除用来测量群折射率外还可用作介质色散的测量;高测量精度下谱线宽度应满足的关系式;干涉条纹可见度最大的位置与光强度最大的位置并不重合;若以最大光强度位置作为零光程差,会出现四分之一中心波长的系统误差。并用不同谱线宽度的光源对部分结论进行了实验验证。     

Pb1-xMnxTe稀磁半导体外延薄膜的光学特性

采用分子束外延(MBE)方法在BaF2(111)衬底上生长了不同Mn组分的Pb1-xMnxTe(0≤x≤0.012)稀磁半导体薄膜.通过波长为3.0~11.0μm中红外透射谱的分析并应用透射光谱上干涉峰峰值的位置计算获得了Pb1-xMnxTe薄膜的折射率,由最小平方根拟合得到折射率的一阶Sellmeier色散关系.在吸收边附近,通过直接跃迁吸收系数与光子能量的关系外推得到其光学带隙.结果表明,在中红外区域其折射率随着Mn含量的增加而减小,其光学带隙则随着Mn含量的增加而增大,在温度T=295K时,随着Mn含量x由0变化到0.012,其光学带隙Eg由0.320eV增加到0.370eV.     

化学溶液分解法制备的Bi2Ti2O7薄膜的红外光学性质研究

采用化学溶液分解法在n-GaAs(100)衬底上制备了Bi2 Ti2 O7薄膜．利用红外椭圆偏振光谱仪测量了波长为：2.8-12.5μm范围内Bi2 Ti2 O7薄膜的椭偏光谱,采用Lorentz-Drude色散模型拟合获得Bi2 Ti2 O7薄膜的红外介电常数,并进一步计算得到折射率n、消光系数κ和吸收系数α,拟合计算得到Bi2 Ti2 O7薄膜的厚度为139．2nm.     

基于全光谱拟合法的VO_2薄膜光学常数计算

为实现对VO_2薄膜光学常数的测量,本文在全光谱拟合法的基础上,首先利用导纳矩阵法推导出透射率T与薄膜厚度d、折射率n以及消光系数k的函数关系,然后利用单纯形法得到其优化函数。最后采用Matlab编程方法对低温态、高温态VO_2薄膜的红外透射率进行了全光谱拟合,得到折射率和消光系数等VO_2薄膜光学常数的拟合曲线。结果表明:拟合曲线与已有研究结果及实测曲线基本吻合。采用全光谱拟合方法得到的光学常数能较准确的对VO_2薄膜进行描述,为最佳膜厚设计提供了依据。此外,为更简便地描述VO_2薄膜的光学常数,本文还引入了Cauchy色散模型方程,对全光谱拟合方法得到的中远红外波段(2.5~15mm)的光学常数结果进行了拟合。     

YbF3和YF3薄膜在0.4~14 μm超宽光谱内光学常数反演

为了获得红外低折射率材料的光学常数,采用电子束热蒸发技术在多光谱硫化锌基底上以不同的基底温度分别制备了单层氟化钇(YF₃)和氟化镱(YbF₃)薄膜。通过分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪分别测试其在可见至远红外波段的透射率光谱曲线,使用包络法和色散模型拟合相结合的方法对其在可见至红外波段的光学常数进行了反演,得到了其在0.4~14 μm波段内的折射率与消光系数。采用椭偏测试结果验证了YF₃和YbF₃薄膜在0.4~1.6 μm波段内的光学常数正确性;将拟合得到的光学常数代入TFCalc 膜系设计软件,计算得到的单层薄膜的透射率光谱曲线与实测的光谱曲线吻合较好。实验结果表明,该方法获得的在超宽光谱0.4~14 μm范围内的光学常数准确、可靠。     

深紫外/紫外薄膜材料的光学常数研究

为了进一步明确氟化薄膜材料在深紫外-紫外波段(DUV-UV)的光学常数,研究了深紫外-紫外波段常用的6种大带隙的氟化物薄膜材料,分别在熔石英(JGS1)基底和氟化镁单晶基底上用热舟蒸发镀制了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;用商用Lambda900光谱仪测量了它们在190～500 nm范围的透射率光谱曲线;用包络法和迭代算法相结合研究了它们的折射率和消光系数,由柯西色散公式和指数色散公式对得到的离散折射率和消光系数的值用最小二乘法进行曲线拟合,得到了6种薄膜材料在所测波段内的折射率和消光系数的色散公式和色散曲线.所得结果与文献报道的MgFz和LaF3的结果相一致,证明了结果的可靠性.     

Pb1—xGexTe薄膜的光学性质

对PVD沉积Pb1-xGexTe薄膜研究发现Pb1-xGexTe是一种高性能的红外材料,在3－25μm光谱范围具有较好的透光性能,室温下的折射率为4．8－5．6薄膜的光学性质,包括透射率、色散关系以及折射率的温度系数dn/dT,与材料中组分x、环境温度和薄膜的沉积工艺条件有密切关系,适当地改变组分和工艺条件,可以使薄膜的折射率温度系数dn/dT从负变到零并转为正,这对于制备高温度稳定性的红外光学薄膜器件具有重要的意义。     

辉光放电和低压化学气相淀积制备的α-SiN_x∶H薄膜的光学性质

氮化硅作为半导体器件的钝化膜,在半导体工业中有广泛的应用。我们通过SiCl_4、N_2、H_2混合气体的辉光放电(GD)和SiCl_4、NH_3混合气体的低压化学气相淀积(LPCVD)制备了一系列α-SiN_x:H薄膜,对其折射率、吸收边和光学带隙、红外吸收光谱和喇曼光谱进行了初步实验。用干涉显微镜和椭圆偏振仪分别测量了薄膜的厚度,其范围在5000～6000(?)左右。折     

Pb_(1 - x) Ge_x Te薄膜的光学性质

对 PVD沉积 Pb1 - x Gex Te薄膜研究发现 Pb1 - x Gex Te是一种高性能的红外材料 ,在 3～ 2 5μm光谱范围具有较好的透光性能 ,室温下的折射率为 4.8～ 5 .6 .薄膜的光学性质 ,包括透射率、色散关系以及折射率的温度系数dn/ d T,与材料中组分 x、环境温度和薄膜的沉积工艺条件有密切关系 .适当地改变组分和工艺条件 ,可以使薄膜的折射率温度系数 dn/ d T从负变到零并转为正 ,这对于制备高温度稳定性的红外光学薄膜器件具有重要的意义     

一种针对使用背照减薄型CCD器件色散型成像光谱仪的星上光谱定标方法（英文）

使用背照减薄型CCD器件的色散型成像光谱仪在近红外波段会出现呈条带状干涉条纹现象,该干涉条纹对入射光波长分布敏感,空间频率稳定,特别适用于微小光谱偏差的测量与校准。针对一台光栅色散型推扫式成像光谱仪样机,先估计出条纹分布的规律,再以此为基础,采用频域滤波、最小二乘拟合等方法提取干涉条纹中包含的相位信息,以此作为光谱定标的辅助参数。实验表明,当入射光强变化达到130%以上时,拟合谱线位置的不确定度最大为0.007 3 nm,模拟光谱位置改变后,以汞灯谱线作为基准光谱位置曲线,测得拟合算法的最大误差为0.135 8 nm,该结果证明,干涉条纹拟合定标方法可有效减少定标系统对光源稳定性的依赖,提高对光谱维微小偏移量的检测精度。     

锗薄膜在低温下的折射率研究（英文）

利用电子束蒸发方法在双面抛光的ZnSe基底上镀制单层Ge薄膜.在80 K~300 K温度范围内,采用PerkinElmer Frontier傅里叶变换红外光谱仪低温测试系统每20 K测量Ge单层在2~15μm波长范围的透射率.采用全光谱反演拟合方法得到Ge单层在不同温度下的折射率.结果显示,Ge单层折射率均随波长增大而减小,且变化趋势基本相同.利用Cauchy色散公式对折射率波长色散关系进行拟合,得到Ge薄膜材料折射率温度/波长色散表达式为:n(λ,T)=3.29669+0.00015T+5.96834×10~(-6)T~2+0.416 98/λ~2+0.173 84/λ~4.最后,验证了Ge单层膜折射率温度/波长色散公式的准确性.     

一种针对使用背照减薄型CCD器件色散型成像光谱仪的星上光谱定标方法

使用背照减薄型CCD器件的色散型成像光谱仪在近红外波段会出现呈条带状干涉条纹现象,该干涉条纹对入射光波长分布敏感,空间频率稳定,特别适用于微小光谱偏差的测量与校准.针对一台光栅色散型推扫式成像光谱仪样机,先估计出条纹分布的规律,再以此为基础,采用频域滤波、最小二乘拟合等方法提取干涉条纹中包含的相位信息,以此作为光谱定标的辅助参数.实验表明,当入射光强变化达到130％以上时,拟合谱线位置的不确定度最大为0.007 3 nm,模拟光谱位置改变后,以汞灯谱线作为基准光谱位置曲线,测得拟合算法的最大误差为0.135 8 nm,该结果证明,干涉条纹拟合定标方法可有效减少定标系统对光源稳定性的依赖,提高对光谱维微小偏移量的检测精度.     

常见光学薄膜可见光谱区的色散

在讨论光学薄膜色散模型的基础上,对收集到的八种常见薄膜可见光谱内折射率色散的实测值,用统一的色散简化方程加以拟合,得到方程中各种薄膜的色散系数A、B,由此可利用色散简化方程去计算各种薄膜的色散.文中给出了八种薄膜的A、B,值及色散的理论计算曲线,并与其实测值进行了比较,结果是令人满意的.     

光学相控器件调制误差对干涉投影条纹的影响

以马赫泽德干涉光路结构为基础,采用电光材料的光学相控技术产生用于光学形貌测量的干涉投影条纹。为了研究电光晶体作为光学相控器件的相位调制误差对干涉条纹质量的影响,建立了电光晶体对干涉条纹质量的模型,分析晶体折射率、平面度与波前调制的关系及其对干涉条纹质量的影响。仿真结果表明,电光晶体调制误差会影响干涉条纹质量。理想平面度下晶体折射率的畸变会使干涉条纹变形,折射率离散化阶数直接影响投影条纹的高次谐波成分,甚至导致投影条纹严重失真;折射率理想的情况下,晶体平面度的差异也会造成干涉条纹不同程度的形变。     

用改进的光谱相位相干直接电场重构法装置测量飞秒激光脉冲的相位

在对光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)硬件和软件进行深入研究的基础上,建立了光谱相位相干直接电场重构法测量系统。测量装置中,利用厚度为50μm的非线性晶体(BBO)来保证测量装置的带宽,并对分束镜进行改进,使之引入色散减小。自行开发了一套基于Labveiw软件的光谱相位相干直接电场重构法测量系统,并能够用于实时测量。其中在还原算法中以脉冲对倍频干涉条纹中的ωτ作为线性快变项,并只对具有干涉条纹部分的频率范围进行还原相位,大大提高了光谱相位相干直接电场重构法测量的精度。用此系统测量了钛宝石激光振荡器的输出脉冲特性,并与干涉自相关比较,证实了测量的准确性。     

多孔硅薄膜的纵向均匀性及其光学特性研究

多孔硅样品使用脉冲电化学腐蚀法经过不同的腐蚀时间制备完成,使用反射光谱、光致发光光谱和SEM对多孔硅薄膜的纵向均匀性以及其光学特性进行了研究,还详细研究了随腐蚀深度变化的折射率和光学厚度(n*d)等光学参数。实验表明：随着腐蚀深度的增加,多孔硅薄膜的平均折射率n降低,即多孔度变大;多孔硅薄膜的光学厚度的形成速度减小;同时,反射光谱表现更弱的干涉性,表明薄膜的均匀性和界面的平整性变差;另外,光致发光谱的强度微弱变强。