窄带高反膜的研究

结合ｎ≈ｋ的超薄金属膜，Ｆ－Ｐ干涉滤光膜及高反Ａｇ膜的光学特性提出了设计窄带高反膜的一种新方法，给出了可见光区的窄带高反膜的膜系结构，定理地分析了膜系的反射率，反射峰值，反射半波带宽等光谱反射特性，实验证实了理论设施和分析。同时，还提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法。     

可见光消偏振介质分光薄膜的研制

在现代光学测试和光学应用中,基于分束镜的分光效率特点,研制出了一种高稳定性的介质消偏振分光膜。光消偏振介质分光薄膜采用了等效折射率和等效厚度的选材方式,并对高低折射率材料的匹配进行了优化处理,得到了高低折射率材料组合的优选结果。发现了中心波长对消偏振分束镜的反射光与透射光影响的因素,探讨了一种低误差灵敏度的高稳定性介质分光膜设计方法,其特点是膜系结构简单,易于批量生产,并研制出较为理想的宽波段与广角度变化的中性介质分光膜。     

狄拉克半金属中电调谐古斯-汉欣位移(英文)

古斯-汉欣位移在光束反射中有重要意义.理论分析并数值验证了线偏振光入射到狄拉克半金属上的古斯-汉欣位移.通过辨别介电函数的实部,确定狄拉克半金属的高损耗和低损耗电介质响应和金属响应.仅在金属响应区,大的相位跃变引起大的古斯-汉欣位移,可用作红外滤波.并且在金属响应区,TE偏振的古斯-汉欣位移永为正且接近零,但随着费米能增加TM偏振的古斯-汉欣位移总是为负且有最小值.通过电调谐狄拉克半金属的费米能,可以调控介电函数和古斯-汉欣位移,反之古斯-汉欣位移能够用来测量费米能.     

多层高反膜的理论设计与光学特性研究

利用软件Essential Macloed对光学多层介质反射膜作了理论设计：用packing density的概念模拟了多孔薄膜,实现了材料折射率的可调节;通过计算分析了非四分之一波长膜系的光学特性,得出倍频反射带反射率随高折射率膜层厚度变化的关系,该结果对于特殊膜系的设计具有一定的理论指导意义。     

多层光学透明薄膜的反射性质讨论及应用设计

采用矩阵光学计算方法,对多层光学透明薄膜的反射性质进行了讨论,并通过具体的应用设计得到了比较好的结果及有益的结论,即高反射率膜一定是奇数层;四分之一膜系为奇数层时,层数越多,反射率越大;上述膜系的全部结果只适用于单一波长的情况.     

金属膜介电性能调控研究

微米级粉体吸收剂性能指标已经达到理论极限,纳米结构金属薄膜由于具有更高的磁导率有望成为一种新型的微波吸收材料,但目前受限于界面匹配性能,必须控制其介电常数使其适合界面匹配.本文主要讨论金属薄膜的介电机制以及对其介电常数调控的可能性.基于重整化有效媒质理论的计算结果表明,可以通过相应技术途径使连续金属膜变成不连续,并控制不连续金属膜单元尺寸,当单元尺寸处于微米量级范围内时,金属膜的有效介电常数可以降到微波可匹配范围内.     

超薄Ti膜介电函数的尺寸效应

超薄Ti膜介电函数与薄膜厚度及外加电场频率的关系表明:超薄Ti膜的介电函数具有尺寸效应;超薄Tj膜介电函数实部随外加电场频率的增大而减小.对比超薄Ti膜直流电导率的实验结果,超薄薄膜形成过程中结构特征变化是导致介电函数尺寸效应的主要原因.     

磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质

利用直流磁控溅射技术在石英基片上沉积厚度为35～112nm的钛薄膜.采用X射线衍射仪和原子力显微镜分别对薄膜的微结构和表面形貌进行观测,用分光光度计测量样品的透射和反射光谱.选用德鲁特光学介电模型,通过拟合样品的透射和反射光谱数据的方法求解钛薄膜的折射率、消光系数和厚度.结果表明,随着厚度的增加,(100)面衍射峰强度增强,薄膜的结晶性能提高;膜厚为56nm时,样品的表面为多孔结构,而大于56nm时表面为连续膜的球形颗粒结构;随膜厚的增加,表面颗粒直径逐渐增大,表面粗糙度减小.在400～2 000nm波长范围内,薄膜的透射率随膜厚的增加而减小,反射率升高;折射率在2.5与3.4之间,消光系数在0.7与1.4之间,折射率和消光系数均随膜厚的增加而增加.     

电导率对纳米磁性金属膜微波吸收性能的影响

基于纳米金属膜电导率和介电性的理论基础,采用0.05～5 GHz 宽频带扫频测量所得的复磁导率,计算分析电导率对具有不同微波磁谱特性的纳米磁性金属膜吸波性能的影响.研究结果表明具有较高磁导率的纳米磁性膜,当其电导率低于100 S/m 时,该薄膜材料在微米级厚度时就具有良好的吸波性能,即在0.05～5 GHz 的宽频段反射率小于-4 dB;降低薄膜电导率可以显著改善薄膜吸波材料的电磁匹配性能,从而提高其吸波性能.     

单层光学薄膜中薄膜-衬底体系的三光束干涉效应

从高斯光束的传输规律出发,研究了单层光学薄膜中薄膜-衬底体系的反射光干涉问题.给出了聚焦激光束照射单层膜系时反射光干涉的光强分布,分析并讨论了干涉条纹的特点和几个主要因素对干涉条纹的影响.以ZnS薄膜-玻璃单层膜系和未蒸镀薄膜的同性质衬底为样品进行了实验,理论和实验测量结果一致.     

宽带反射膜的优化设计和性能分析（英文）

宽带反射膜存在着材料折射率有限、反射带宽和反射率不能满足需要、制备过程中薄膜的厚度和折射率难以精确控制等重要的问题。为了满足光学元件对宽光谱反射的要求,采用多个膜堆结构展宽反射带的方法,使用TFCalc优化设计膜系,对膜系结构参数进行不断地改进和调整,设计了带宽为400~900nm、入射角分别为0°和60°的两种全介质多层反射膜并且对其性能进行了分析。结果表明,入射角为0°的宽带反射膜平均反射率达到99.6%,入射角为60°的宽带反射膜平均反射率达到98.6%,这两种反射膜均可以在超宽光谱范围内提高光学仪器的反射率;膜系的中心波长、电场强度分布、平均反射率和反射带宽受入射角度影响,在平均反射率和反射带宽方面,60°入射的膜系比0°入射的膜系受入射角度的影响更大。     

用于可调微波器件的介电Ba_xSr_(1-x)TiO_3薄膜研究

Ba_xSr_(1-x)TiO_3(BST)薄膜具备高的介电可调特性(介电常数在外加电场的作用下会发生改变)和低的介电损耗,这使得BST薄膜成为高速宽带可调微波器件(如相移器、可调带通和带阻滤波器、谐波发生器等)的首选材料,近年来受到世界各国多个研究小组的关注与研究.此研究工作报道采用成分梯度多层膜结构、受主掺杂和复合掺杂方法调控薄膜内部的应力以及电子结构,有效地优化BST薄膜的介电和电学等性能的最新进展.采用脉冲激光沉积(PLD)方法在MgO基片上制备高Sr组分的Ba0.02Sr0.98Ti O3薄膜.通过改善沉积生长的工艺条件,成功克服了MgO基片与薄膜之间大的晶格失配度(7%),在特定的温度和气压获得了外延生长BST薄膜.详细研究了(Ba0.8Sr0.2)(Ti1-xZrx)O3(BSTZ)薄膜的非线性介电特性,发现随着Zr含量的增加,薄膜介电调制率降低,薄膜的损耗和漏电流也显著减小.我们制备了具有不同成分梯度的BSTZ多层膜.介电特性研究表明,随成分梯度(gradients of composition)的增大,介电系数和介电可调性得到增强,铁电回线得到抑制;同时薄膜介电系数的温度稳定性有了显著改善....     

关于“增透”的讨论

尽量减少入射光在介质中因反射造成的损失,在现代光学技术中是十分重要的事情。而由光在两种介质分界面上的分振幅干涉的讨论,可知若能按照一定的程序构造出相互匹配的膜系,就有望使光在等效分界面上实现“干涉相消”而降低反射,最终达到所有色光增强透射、部份色光得以全透的目的。     

基于液晶高分子聚合物的激光防护器件

本文介绍了一种基于液晶高分子聚合物薄膜的激光防护器件,器件中的液晶高分子以螺旋结构方式排列,可以有效控制反射无偏振激光. 本工作中详细介绍了液晶高分子聚合物薄膜器件制作的过程工艺,关键材料:非手性单体、手性单体、手性掺杂剂、阻聚剂、光引发剂等的配比对器件光学性能的影响.     

双反射薄膜的设计和实现

弹光效应双反射膜是一种各向异性的高反射膜。在预加了应力的基片上镀制高反射膜 ,然后撤去基片上的预加应力 ,则基片上因弹性变形而产生的应变便转移到了膜系上。由于弹光效应使膜系成为各向异性的 ,从而使垂直入射光束的两个正交偏振反射分量有了一定的相对相位延迟。理论分析和实验证明 ,选择好膜系结构 ,确定好中心波长 ,并经优化 ,在工作波长处可以得到较大的相位色散 ,施加 10 0 N的力就能在正交方向获得 1.8°的相位差而反射率保持不变 ;此膜系用于氦氖激光器 ,可制出频差为 5 MHz量级的双频激光器。文中给出了一个弹光效应的双反射膜的结构参数和数值计算结果。     

非线性光学反射膜系的设计与研究

通过对激光反射膜系中的光学损耗的分析 ,提出并设计了应用非线性膜层 ( Ta2 O5/Sio2 )附加在常用的 λ/4膜层 ( Zn S/Mg F2 )上面的新型膜系。旨在减小反射膜系的散射损耗 ,最大限度地提高激光反射镜的反射率。设计结果表明 ,在相同的条件下 ,用非线性膜层 Ta2 O5 和 Si O2 构成的新的组合膜系的激光反射镜与常用的 Zn S/Mg F2 膜系的激光反射镜比较 ,表面散射损耗达到了设计的要求 ,体积散射损耗减小的更多 ,其它的性能也得到了改善。利用本设计制备的超低散射损耗的高反射率激光反射镜 ,对激光技术的应用与发展有着重要的意义     

不连续金属膜的介电性能计算

采用Bruggeman有效媒质理论、基于HFSS软件的S参数法和谐振腔微扰法对不连续金属膜的介电常数进行计算.计算结果表明,在满足长波准静态近似条件下,通过对金属的介电常数进行重整化处理,将涡流效应和局域场增强效应纳入到重整化介电常数中,可以将金属等效为均匀极化的介质,并利用有效媒质理论解析的计算出不连续金属膜的介电常数.且在不连续金属膜中,由于涡流效应的影响,不连续金属膜单元尺寸的大小将显著影响到不连续金属膜的有效介电常数.另外,Bruggeman理论在计算填充浓度小于阈值的样品时才可以获得准确结果.该文结论对研究不连续金属膜的介电性质具有积极的指导意义.     

透紫外隔热银基复合多层膜的结构设计和光学性能

综合分析材料的能带结构及内光电效应,利用金属膜诱导透射定理设计并制备了几种透紫外隔热纳米多层膜.该多层膜系具有较高的近紫外透过率和优异的红外反射性能,在紫外固化的应用峰值365 nm处透射率高达80%,而对于波长在1 600 nm的红外波段反射率超过了90%,可用于紫外固化中有害热量的防护,提高固化质量.采用传统的真空蒸镀工艺获得较好膜层质量,膜系采用非晶TiO2与金属Ag交替生成TiO2/Ag/TiO2三明治结构.对比分析了膜层结构对其光学性能的影响,并利用变角椭圆偏振仪(VASE)分析了多层膜的界面。结果表明,Ag/TiO2界面明晰,无过渡层和界面反应层.     

关于半波损失和额外程差的讨论

从光在两种透明介质分界面的反射所遵循的菲涅尔反射公式出发,依据反射光的S,P偏振分量的位相,在不同折射率的情况下,相对于入射光位相的改变量随入射角的变化所作的曲线,对反射光的位相跃变、薄膜干涉、洛埃镜干涉的条纹分布和维纳驻波等所涉及的半波损失和额外程差问题,用一种简要的方法,作了进一步的讨论.从而更深刻理解位相跃变产生的条件与菲涅尔反射公式结论的完全一致性.     

提高反射型偏振器反射比的理论分析

用反射法产生偏振光是获取偏振光的方法之一,但反射比比较低.从介质膜的能量反射比R出发,探讨了在各向同性介质表面镀介质膜时,反射光为偏振光的条件.并通过分析表明：选择合适的介质膜材料,可以使反射比大大提高,从而优化反射型偏振器.