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.     

可见与红外制导系统高通滤光片的研制

可见与红外的制导系统作为一种制导手段,在军事领域得到了越来越广泛的重视。为了满足红外光学仪器的使用要求,根据薄膜光学理论对可见-红外3个波段进行了膜系设计;对几种常用的可见与红外材料进行对比,分别用硫化锌和氟化镱作为镀膜材料。通过电子束加热蒸发的方式,配合离子辅助淀积技术,在锗基底上制备了多层介质膜,在450～950nm波段平均反射率约为91%,3.7～4.8μm和7.5～9.0μm红外波段平均透射率约86%。该薄膜将多个波段的要求集为一体,可使光学仪器的结构得到简化。测试结果表明,此薄膜各项指标满足使用要求。     

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。     

光通信用光纤端面截止滤光膜的研制

为了满足光通信中对光纤端面镀多层膜的特殊需求,分析了光纤端面镀制截止滤光膜所存在的难点问题,利用TFCalc薄膜设计软件,采用解析法设计了一个初始膜系,再结合梯度优化法对初始膜系进行优化处理,成功设计出具有较好光谱性能的光纤端面截止滤光膜的膜系,并对德国莱宝APS1104型镀膜机进行了内部结构和镀制工艺的改进,最终采用离子源辅助沉积进行低温镀制,获得了性能优良的光纤端面截止滤光膜。结果表明,在光纤端面镀制多层的截止滤光膜,虽然存在很多困难,但选择合适的膜系和镀制工艺,依然能获得符合实际要求的滤光膜。     

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。     

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。     

1064 nm激光平板偏振膜的研制

根据军用光学仪器的使用要求,在平板K9基底上镀制偏振膜,要求在56.4°角入射条件下,激光波长1064 nm处满足T_P>99%,T_S<1%,且膜层抗激光损伤阈值应≥600 MW/cm~2.采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过选择HfO_2和SiO_2作为高低折射率材料,利用Macleod软件进行膜系设计与分析,采用LightRatioPeak光值比例法进行监控,优化工艺参数,减少监控误差,在平板K9基底上成功镀制符合使用要求的偏振膜.所镀膜层不仅满足光谱要求,且顺利通过膜层环境测试,完全满足军用光学仪器的使用要求.     

红外探测器滤光膜的研究与制备

为满足红外探测器在1.064 m和3~5 m双波段透射,在1.2~2.8 m波段反射,可适应复杂的环境条件、具有高稳定性和可靠性等要求,依据薄膜的设计理论,选择合理的膜系设计方法,借助TFC膜系设计软件对膜系结构进行优化设计。并采用电子束真空蒸发和离子辅助沉积技术,在蓝宝石晶体基底上镀制红外多波段滤光膜。同时对所使用的薄膜材料的光学、物理、化学和机械特性进行分析与研究。通过反复试验,优化工艺参数,使多波段滤光膜得以实现。对所制得的薄膜进行测试,基本满足红外探测器的使用要求。     

双波段激光防护红外减反膜的研制

针对军用光电仪器对激光致盲武器的防护要求,选取Si和YbF3,ZnS和YbF3两种高低折射率组合形式研制了激光防护减反膜。在多光谱ZnS基底上,采用电子束及离子辅助沉积技术,制备了能够对532 nm和1064 nm激光进行有效防护,同时对3~5μm的波段具有高透射率的薄膜。对Si膜的电子束沉积工艺进行了研究;对YbF3在不同的材料组合中的沉积工艺进行了优化;解决了膜层与基底之间的粘附性问题。该薄膜集探测用减反器件和防护器件于一体,可以使星载、机载等光电仪器的结构得到简化;光谱分析和环境测试的结果表明,各项指标满足使用要求。     

采用新型混合材料的多波长激光减反射膜的研制

针对激光致盲武器的特殊要求,借助Macleod和TFCalc软件,选择H4和YbF3作为高低折射率材料进行膜系优化设计,采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积技术,通过正交矩阵实验对材料的工艺参数进行调整和优化,在蓝宝石基底上,制备了符合要求的宽带增透膜。镀膜后的蓝宝石基片在532、808、905、980和1064 nm波长处的透射率大于97%,中红外波段3~5μm的平均透射率大于92%。通过内保护层技术的引入,进一步提高了膜层的激光损伤阈值。该薄膜可以同时满足多个激光波长的使用要求,拓宽了其应用范围,降低了使用成本。     

1064 nm激光脉冲致光学薄膜分层剥落损伤特性

研究了1064 nm激光辐照致光学薄膜分层剥落的损伤特性及其抑制手段。从光学薄膜的界面结构出发分析了温升在分层剥落产生过程中的作用,从理论上得出了剥落面积与辐照脉冲能量之间的关系式并通过实验进行验证,间接证明了分层剥落的成因;对分层剥落的抑制、改善方法进行了理论探讨与实验,证明亚阈值能量脉冲预辐照之后剥落面积明显减小,并且在一定范围内预辐照脉冲的能量密度越高相应的效果越明显,对作用机制给出了定性解释。     

飞秒激光制备CdS薄膜滤波器的研究

采用脉冲飞秒激光沉积方法,在石英衬底上制备了CdS薄膜滤波器.研究显示衬底温度在100～600℃范围内变化对CdS薄膜衬底的结构及光学特性有重要影响,在450℃的衬底温度下所生长的CdS薄膜具有较好的结构质量,该薄膜在500nm附近具有较陡的吸收带边及良好的光学滤波性能.     

飞秒激光制备CdS薄膜滤波器的研究

采用脉冲飞秒激光沉积方法,在石英衬底上制备了CdS薄膜滤波器.研究显示衬底温度在100～600℃范围内变化对CdS薄膜衬底的结构及光学特性有重要影响,在450℃的衬底温度下所生长的CdS薄膜具有较好的结构质量,该薄膜在500nm附近具有较陡的吸收带边及良好的光学滤波性能.     

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。     

离子束辅助沉积制备高功率激光薄膜的研究

综述了离子束辅助沉积技术在高功率激光薄膜制备中的应用研究进展.指出该技术在制备高激光损伤阈值的薄膜中存在的问题,即出现过高的堆积密度,会给薄膜带来杂质缺陷、化学计量比缺陷、损伤缺陷、晶界缺陷,制备薄膜的残余应力存在着压应力增加的趋势,会改变薄膜的晶体结构等.并指出了该研究领域的研究方向.     

光纤激光器相关的薄膜设计

文章介绍了两种应用于光纤激光器的薄膜类型,分别为长波通和短波通截止滤光膜。光纤激光器用薄膜的显著特点,就是在具有较高的激光损伤阈值的同时,又能把近波长的光线按照光谱特性要求分离,这其中就包括泵浦光波长（980nm）和信号光波长（1050～1100nm）。     

980 nm半导体激光器腔面膜与腔面光学灾变的改善

腔面光学灾变(COD)是影响半导体激光器高功率输出和可靠性的重要问题。不同腔面膜的器件,其腔面光学灾变阈值差别很大。使用离子辅助沉积(IBAD)的工艺可以使基片表面更清洁,膜层更为牢固致密,同时可以改善由吸收、散射等损耗带来的激光输出功率下降。采取N2氛围中在激光器的腔面上涂镀不同的增透膜与介质高反膜来提高腔面光学灾变阈值。 以980 nm半导体激光器为例,进行对比实验,从老化结果中可以看到不同工艺与不同材料选择下腔面膜的腔面光学灾变的明显改善。     

空间激光通信中的光学系统

给出了空间激光通信系统中光学系统的构成并分析了各个部分的功能,介绍了几种形式的光学天线及空间激光通信中的自适应光学技术。在光学天线的分析中,指出卡塞格伦天线用于空间激光通信所具有的优势,分析了卡塞格伦天线的性能以及设计中要注意的问题。