酒精蒸汽激光检测系统滤光器件的研制

为提高酒精检测系统的信噪比,根据比尔-朗伯定律确定双通窄带滤光片的技术参数;根据技术参数在Si基底上采用双面拆分法设计窄带滤光片,建立折射率渐变模型确定反演系数,实现膜层的准确控制。采用真空室原位退火法提高膜层聚集密度,降低膜层应力,进而提高膜层附着力,稳定膜层光谱性能;制备的膜层能够满足在(1392±10) nm和1530～1570 nm波段透射率大于90%,400～1350 nm和1600～1800 nm波段透射率小于1%,在1410～1515 nm波段透射率小于30%的要求。     

大角度激光通信带通滤光片的研究

为了满足激光通信系统的技术需求,选取Ti3O5、SiO2两种材料,采用前、后表面分别镀制长、短波通组合的方法,在HWB850基底上完成了在0°~60°范围内1064nm波段高透射,紫外、可见、近红外波段深截止滤光膜的设计,分析了实际测试曲线与理论曲线不吻合原因,并结合工艺的改进解决了偏差,最终制备的滤光片在0°入射时1064nm透过率91.7%,截止带透过率小于0.1%,60°入射时1064nm透过率86.9%,截止带透过率小于1%,具有良好的环境适应性,满足系统的技术需求。     

日盲探测宽波段低噪声滤波器件的研制

为满足日盲探测系统的技术要求,研制了一种可以实现紫外日盲区(200~270nm)高透射、近紫外到近红外区(300~1200nm)深截止的光学滤光片。通过分析材料的光学特性,结合光学薄膜理论,优化膜系结构,设计了介质与金属组合的膜系。采用电子束加热蒸发的方法沉积金属膜,通过对沉积速率的实验研究,在保证金属光学性能的前提下,有效降低了膜厚控制误差。采用逆向反演法与膜层敏感度分析,对谐振层工艺参数进行优化,有效降低了谐振层的控制误差。该滤光膜在200~270nm波段的平均透射率达到51.21%,在300~1200nm抑制区的平均透射率为0.90%。     

红外仿真系统短中波能量调节滤波器的研制

红外仿真作为一种新型仿真手段,以其仿真可信度高、重复性好、实验成本低等优点在军事领域得到越来越广泛的应用。为满足红外仿真系统的要求,调节红外短、中波段能量的比例,对系统中的滤波器进行研制。选择Ge和SiO作为高低折射率材料,利用Ge在可见光和近红外的吸收特性,通过叠加膜堆展宽反射带,采用TFCalc软件的变度量(variable metric)法对双波段能量调节、超宽截止带滤波器进行优化设计。并针对不同材料的特性,分别采用电子束蒸发和电阻蒸发技术,制备了相应的滤波器。通过逆向工程方法分析消光系数对透射率的影响,解决了膜系透射率偏低的问题。制备的滤波器在300~1900nm和5500~7500nm波段透射率小于1%,在2000~2500nm波段平均透射率为90.6%,在3700~4800nm波段平均透射率为35.7%,满足该系统环境测试要求。     

基于OpenFilters的He-Ne气体辉光压制窄带滤光片

为了解决环形激光器小型化中信号信噪比随腔长减小而下降的问题,设计了一种能压制He-Ne气体放电辉光而不影响激光光强的窄带滤光片。基于OpenFilters软件独有的step自动膜系设计方法,以初始膜层厚度为线索,设计了符合光谱特性实际应用要求的多个非规整膜系结构。考虑膜层数、膜层厚度及应力等因素,选出便于石英晶振监控的窄带滤光片。在45的入射角下,该滤光片对s偏振光在632.8nm处的峰值透射率为99.9%,通带半峰值全宽为5.2nm,截止带平均透射率为1.35%。结果表明,该滤光片可有效压制He-Ne气体的放电辉光,提高小型环形激光器的信噪比。     

中短波红外双带通低温滤光片的设计与制备

双带通滤光片可以在元件的任意一个几何位置上同时透过两个光谱通道,从而实现双光谱通道的同时探测。文中研制了一种在100 K低温下使用的短波和中波红外双带通滤光片,选用Ge和SiO分别作为高低折射率膜层,在蓝宝石（Al₂O₃）基片上设计了具有Fabre-Perot(F-P)结构的短波通道滤光膜系和中波通道滤光膜系,它们在另一通带位置兼具增透能力,组合形成了包含短波通道(2.60~2.85 μm)和中波通道(4.10~4.40 μm)的双带通滤光片。Ge和SiO薄膜分别以电子束和电阻热蒸发的方式在高真空环境中完成沉积。测试结果显示,在100 K低温下,短波和中波通道的平均透射率分别达到91.2%和87.7%,顶部波纹幅度分别为2.1%和3.8%,波长3.00~3.95 μm光谱区域内的截止深度低于0.1%。该双带通滤光片在低温下的光学性能满足光学成像仪器的光谱应用要求,有利于更加精确的红外遥感和探测。     

940 nm滤光片的设计、制备及低角度效应的研究

本文对人脸识别中使用的940 nm窄带滤光片进行设计及制备,研制一种具有低角度效应的窄带滤光片。选择TiO₂、SiO₂作为高、低折射率材料,在Essential Macleod软件中对膜系进行设计,通过改变间隔层材料对膜系进行优化,最终设计的膜系层数为11,膜系总厚度为2480.76 nm。采用电子束热蒸发沉积技术对薄膜进行镀制,使用傅里叶红外光谱仪完成透射率光谱特性测试。最终研制的滤光片中心波长为940 nm,在截止区间（200~1100 nm）内,通带透射率大于80%,平均截止透射率小于1%,0°~22°通带偏移量为14 nm。     

532nm高质量窄带滤光片

为了提高激光测距机的信噪比,研制了高衬度超窄带滤光片。滤光片选用双半波膜系,采用ZnS-Na_3AlF_6材料组合的35层膜,并用金属环密封制成高质量窄带滤光片,其主要光学性能为:中心波长λ_0=532nm,半宽度W_(0.5)=1nm,峰值透射率T_(最大)≥40％,长波截止到1nm,截止区透射率T≤10~(-4).     

自由空间激光通信系统中多通道滤光膜的研制

激光通信作为一种通信手段,以其抗干扰能力强、保密性好、功率集中等优点,在军事和民用等领域得到广泛应用。为满足激光通信系统使用要求,提高信噪比,对系统中的滤光膜进行研制。选用Ti3O5和Si O2作为镀膜材料,依据倍频设计和双波长增透原理完成了三带通、宽反射带滤光膜的设计。通过膜厚缩放比例和逆向工程方法分析膜厚累积误差,重点解决了膜厚监控误差大的问题。制备的滤光膜在532 nm和1064 nm处透射率大于90%,808 nm处透射率大于85%,(1550±20)nm处透射率小于0.4%,满足该系统环境测试要求。     

3.5～4.0μm低温光谱带通滤光片的设计与研制

新一代气象卫星对红外带通滤光片的光谱控制提出了很高的要求:滤光片在工作温度(92K)下的光谱曲线被严格限定在一个由内、外框组成的区域之内。分别采用Ge和SiO作为高低折射率膜层材料,设计了含有4个谐振腔的带通膜系来提升通带边缘的陡度;对带通膜系中反射膜层的光学厚度进行了优化调整,压缩了通带内的波纹;根据膜层材料的折射率-温度变化特性,设计出了低温条件下符合光谱要求的带通滤光片。采用真空蒸发和光学极值监控的方法,研制出了92K低温下符合内、外框限制要求的带通滤光片,其通带内的峰值透射率达到93.2%,平均透射率达到91%,波纹幅度控制在5.2%以内。     

宽截止高Q值带通滤光片研究

选取TiO₂和SiO₂作为高、低折射率材料，采用传统设计方法(将长波通膜系和短波通膜系分别镀制于基底两侧，厚度分别为1.67μm和8.67μm)设计了蓝宝石基底宽截止高Q值带通滤光片。为避免膜厚差值过大导致的滤光片面形变化较大问题，重新调配了基底两侧的膜系，优化后两侧膜层的数量分别为49层和50层，膜层厚度分别为5.73μm和4.22μm。采用电子束蒸发物理气相沉积法镀制薄膜，并用分光光度计测试了样品的透过率。实验结果表明，样品在通带(521～596 nm)内的平均透过率达到96.59%，在截止区域的平均透过率为0.076%，通带矩形度为0.95，通带两边过渡带的陡度均为0.89%，具有高Q值的滤光片特性。此外，实验曲线和设计曲线的一致性较好，验证了优化两侧膜系结构的有效性。     

双截止透可见带通滤光片研制

为了实现蓝宝石基底上双截止透可见区的特性(截止带波长为0.3～0.4 μm、0.8～1.1 μm,通带波长为0.4～0.8 μm),初始结构采用双截止膜系,可截止近紫外和近红外,在蓝宝石基底的一侧实现可见光高透的宽通带滤光片,选用TiO2和SiO2分别作为薄膜高、低折射率材料,来实现双波段截止的目的,薄膜的设计层数为42层,总厚度是3.6 μm,采用电子束蒸发物理气相沉积法来实现镀制,并通过分光光度计测试镀制样品的透射率,测试结果显示截止区(0.3～0.385 μm和0.824～1.1 μm),平均截止深度分别达到了0.029 %和0.127 %,通带0.405～0.788 μm波段的平均透过率达到97.68 %,通带半宽度HFWD为398 nm(402～800 nm),有效地抑制了“半波孔”现象出现,并具有双波段截止和高通带透过率的特点。在环境测试中:薄膜的稳定性良好,膜层间匹配度适宜。因此,该双波段截止透可见滤光片可用于某些极端的环境条件中。     

红外探测器光学系统滤光膜的研制

为了提高红外探测器的灵敏度,针对红外探测器元件滤光膜的技术要求,采用Si和YbF3的膜料组合,依据薄膜理论,设计干涉截止滤光膜,满足了3个波段对光学性能的要求,并且在实际制备过程中优化了工艺参数,包括温度、蒸发速率以及离子源辅助沉积参数。通过多次实验研究,对设备的本身误差进行分析修正,提高了膜层厚度控制精度,在蓝宝石基底上成功镀制了1 064 nm透射率为91.5%、1 200～2 900 nm平均反射率大于97%、3 000～5 000 nm平均透射率为93%的3波段干涉截止滤光膜,给出了综合测试结果和实测光谱曲线。     

高通带透过度和宽截止带滤光片的设计和工艺

光固化医疗仪器要求滤光片具有高的蓝光透过率并能反射掉碘钨灯的发热光谱。用等效层原理设计的短波通宽截止带滤光片,不仅能压缩通带波纹,并使膜系仍可用极值法监控,大大改善膜系的工艺性。计算和实验还表明:第二膜堆的监控参数对保持通带     

空间用宽截止长波红外带通滤光片的设计与镀制

针对空间用宽截止长波红外带通滤光片具有通带内平均透射率高、抑制带截止深度深、波纹系数小,可适应复杂环境条件、具有高稳定性和高可靠性等特点,论述了宽截止长波红外带通滤光片的设计原则和方法.采用"会聚光红外光学系统"和等离子体辅助沉积工艺成功镀制了空间用宽截止长波红外带通滤光片.指出等离子体辅助沉积工艺更有利于长波红外滤光片膜层的显微结构改善和残余应力的消除.     

空间光通信系统三波段滤光膜的研究

空间激光通信常采用干涉截止滤光膜对不同波段的光谱进行分光。着重介绍了近红外三波段光学滤光片的研究与制备。根据膜系设计理论,分别选择TiO2和SiO2作为高、低折射率材料,借助膜系设计软件设计优化了合理的膜系,实现了770～860nm及1530～1575nm光谱范围双波段的高透过和1615～1700nm波段的高反射。采用电子枪离子辅助沉积系统进行制备。优化工艺参数,通过调整补偿挡板使膜厚均匀性控制在3%以内。虽然制备膜层较厚,但经检测其光学性能、机械性能及耐环境能力均满足使用要求。用轮廓仪检测所制备膜层的面形,其峰谷值变化达到预期要求。     

光伏电池组件太阳模拟器AM1.5滤光片的研究

通过将标准大气光谱与大功率圆弧形氙灯光谱的比较,获得了AM1.5型太阳能模拟器滤光片的透射率光谱曲线。通过膜系设计和镀制,研制出了中心波长为930 nm的负滤光片,该滤光片在930 nm处的透射率T=15%,400～750 nm波段内的平均透射率Ta≥93%,1200～1400 nm内平均透射率Ta≥91%。将6片相同的滤光片安装在测试面为1 200 mm×2 000 mm的脉冲式光伏组件太阳模拟器上进行测试,在氙灯的正上方,其光谱匹配度在0.91~1.05之间,达到了A类滤光片要求;而在离圆弧氙灯最远的位置2处,测试的光谱匹配度在0.73~1.06之间,达不到A类滤光片要求。最后,通过采用滤光片的优化组合拼接技术,使光伏电池组件模拟器测试面上所有点的光谱匹配度均达到了A类要求。     

中波红外双通道带通滤光片的研制

采用在单晶锗基底的两面分别设计中波红外带通滤光膜和中波红外负滤光膜的方法,设计了一种光谱性能优良的中波红外双通道带通滤光片。以适当的工艺技术完成了膜层的制备,并测试了实验样片的红外透射率光谱。结果显示,制备的中波红外双通道带通滤光片的通带透过率以及截止带截止深度均良好。由实验结果分析可知,镀膜材料蒸发角的变化和各层膜厚误差的累积,是导致实验片的测试光谱在截止带内出现两个较强的次峰,以及中间截止带略微偏移的主要原因。     

组合套镀法制备2.0～2.4 μm波段8通道微型集成滤光片

利用组合套镀法布里珀罗结构光学薄膜滤光片间隔层的方法,选取锗和一氧化硅分别作为高低折射率膜层材料,在短波红外区域2.0～2.4 μm光谱范围内,设计并制备了8通道集成窄带滤光片,单个光谱通道的有效通光区域的宽度为450 μm,其间有30 μm的挡光过渡带。各通道的峰值光谱透射率大于65%,滤光片的半峰全宽为8～13 nm,相对带宽在0.33%～0.65%之间。     

光纤通信系统中帯通滤光膜的研制

光纤作为光信号传输媒介,其具有传输速率高、信息量大等优点,因而在通信领域得到了广泛应用。在此背景下,为满足光纤通信系统的使用要求,对该系统中的帯通滤光膜进行研制。选用Ta2O5和Si O2作为镀膜材料,设计了含有5个谐振腔的带通滤光膜,分析并解决了耦合层膜厚监控的问题。制备的帯通滤光膜在1479~1504 nm处插入损耗小于0.3 d B,1260~1450 nm与1530~1620 nm处透射隔离度分别大于39 d B和31 d B,满足该系统使用要求。