1.2-3μm波段激光薄膜滤光片的研制
发布时间：2021-11-22 06:22
光学系统中,几乎所有的光学元件表面都要镀制各种各样的薄膜以实现特定的光学性能。对于激光系统中的红外窗口薄膜,除了要求其能够改善系统的透射性能,提高成像质量,还要求具有较高的抗激光损伤阈值。本文针对项目实际需求,基于薄膜光学的基本理论,结合电场强度特性,设计了用于窗口表面的长波通滤光膜和减反射膜的膜系结构,并采用离子束辅助热蒸发沉积技术进行薄膜制备,通过制备工艺优化和后续处理,获得了所需的薄膜样品。采用离子束辅助热蒸发沉积技术,在单抛Si基底上镀制高、低折射率材料ZnS和MgF2单层膜,确定了薄膜制备工艺参数和光学常数（n和k）。综合考虑光谱性能和电场强度分布,用TFCale膜系软件设计了1.064μm高反、1.2-3μm波段增透的长波通滤光片和1.2-3μm减反射膜,膜系结构分别为:长波通膜系为G|4H2L1.5H2L2H1.5L2H4L|A,减反射膜膜系为G|3.5H3.5L|A。在双抛Si基底两个面分别镀制长波通滤光膜和减反射膜,并对薄膜器件的光谱特性和激光损伤阈值进行测试,测得在1.2-3μm波段,峰值透过率达到98.48%,平均透过率为92.35%,1.0...
【文章来源】：西安工业大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
薄膜样品理论与实测透过率曲线图
范围里内平均透过率为98.01%，在1.0-1.3μm范围里平均透过率为97.04%。进一步分析了膜层厚度对透过率的影响，结果为实测样品厚度比理论设计值厚，其透过率曲线略往长波方向漂移，结果如图1.3所示。(a)理论透过率曲线图 (b)实测透过率曲线图图1.3 可见及近红外波段理论优化及实测透过率曲线图[32]Karen D. Hendrix[33]对可见光的单点和多点陷波滤光片进行设计和镀制。实现400-750nm 波段的通带透过率T＞90%。随后Valery G.Zhupanov[34]以BK7玻璃为基底，通过针优化技术设计36层的三线（480,535和650nm）负滤光片，采用离子束辅助沉积技术（IBAD）镀制样品。实现在三个反射带处反射率R＞80%。G.A. Muranova[35]等设计四个波段（355、532、1064和1540nm）和六个波段（355、532、694、1064、1315和1540nm）六波段均抑制的多层薄膜滤光片，满足透过率小于0.1%，可见光范围的透过率为50%。因此，薄膜材料的选择、膜系设计优化加快了薄膜技术发展，为薄膜的计算与设计提供便利。随着工艺的优化，从最初传统膜系方法规整膜系演变到现在的非规整膜系结构，采用不同膜系结构相结合的多种混合方法，可实现各种特定波段设计要求的光学薄膜，从而提升近红外探测系统在薄膜元件的光谱性能。1.2.2 薄膜膜料对激光损伤阈值的影响自激光器诞生起
等通过工艺参数的优化，在ZnS基底上实现1.064μm高反，3-5μm高透的红外双波段滤光片。对样品进行离子束和退火处理，最终获得样品抗激光损伤阈值，如图1.4所示。(a)低能离子轰击前后LIDT值示意图 (b)真空退火处理前后LIDT值示意图图1.4 后续处理前后薄膜样品LIDT值示意图[57]Alireza Bananej和Amir Hassanpour[58]制备TiO2和ZrO2薄膜多层膜，通过300℃1h的退火处理，最终获得样品的损伤阀值分别为9.79J/cm2和10.17J/cm2（1064nm，20ns）。张蕾[59]
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学薄膜激光损伤阈值测量不确定度[J]. 徐均琪,苏俊宏,葛锦蔓,基玛 格拉索夫. 红外与激光工程. 2017(08)
[2]中红外3.9μm长波通截止滤光膜研制[J]. 张永久,梁立昕,姚大虎,张阔,韩永昶. 激光与红外. 2017(07)
[3]后处理对HfO2薄膜光学特性及抗激光损伤阈值的影响[J]. 吴倩,罗晋,潘峰. 光学精密工程. 2016(12)
[4]缓冲层和保护层提高激光增透膜损伤阈值[J]. 张蕾,刘洪祥,陈光,高卫东. 光电工程. 2016(07)
[5]组合结构的中波红外带通滤光片研制[J]. 王航,熊长新,何光宗. 光学与光电技术. 2015(04)
[6]用于定向红外对抗的中波红外激光器技术[J]. 杨爱粉,张佳,李刚,张晚霞. 应用光学. 2015(01)
[7]可见近红外双波段增透膜的设计及制备[J]. 李帅,孙亚军,刘桂林,朱华新,郭颖,李果华. 人工晶体学报. 2014(07)
[8]预处理效应对1064nm反射膜本征损伤性能的影响[J]. 詹光达,马彬,张艳云,马宏平. 红外与激光工程. 2014(06)
[9]航天器激光防护材料研究现状与发展趋势[J]. 冯守志,圣冬冬. 上海航天. 2014(03)
[10]激光薄膜的设计与制备[J]. 徐均琪,郭芳,苏俊宏,邹逢. 表面技术. 2014(02)
硕士论文
[1]高能激光诱导薄膜行为变迁特性研究[D]. 郭芳.西安工业大学 2014
[2]双波长激光防护红外减反滤光片的研制[D]. 石澎.长春理工大学 2011
[3]红外三波段薄膜的研究与制备[D]. 孙岩.长春理工大学 2011
[4]可见—远红外多波段光学薄膜的研究与制备[D]. 陈兵.长春理工大学 2009
本文编号：3511112
【文章来源】：西安工业大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
薄膜样品理论与实测透过率曲线图
范围里内平均透过率为98.01%，在1.0-1.3μm范围里平均透过率为97.04%。进一步分析了膜层厚度对透过率的影响，结果为实测样品厚度比理论设计值厚，其透过率曲线略往长波方向漂移，结果如图1.3所示。(a)理论透过率曲线图 (b)实测透过率曲线图图1.3 可见及近红外波段理论优化及实测透过率曲线图[32]Karen D. Hendrix[33]对可见光的单点和多点陷波滤光片进行设计和镀制。实现400-750nm 波段的通带透过率T＞90%。随后Valery G.Zhupanov[34]以BK7玻璃为基底，通过针优化技术设计36层的三线（480,535和650nm）负滤光片，采用离子束辅助沉积技术（IBAD）镀制样品。实现在三个反射带处反射率R＞80%。G.A. Muranova[35]等设计四个波段（355、532、1064和1540nm）和六个波段（355、532、694、1064、1315和1540nm）六波段均抑制的多层薄膜滤光片，满足透过率小于0.1%，可见光范围的透过率为50%。因此，薄膜材料的选择、膜系设计优化加快了薄膜技术发展，为薄膜的计算与设计提供便利。随着工艺的优化，从最初传统膜系方法规整膜系演变到现在的非规整膜系结构，采用不同膜系结构相结合的多种混合方法，可实现各种特定波段设计要求的光学薄膜，从而提升近红外探测系统在薄膜元件的光谱性能。1.2.2 薄膜膜料对激光损伤阈值的影响自激光器诞生起
等通过工艺参数的优化，在ZnS基底上实现1.064μm高反，3-5μm高透的红外双波段滤光片。对样品进行离子束和退火处理，最终获得样品抗激光损伤阈值，如图1.4所示。(a)低能离子轰击前后LIDT值示意图 (b)真空退火处理前后LIDT值示意图图1.4 后续处理前后薄膜样品LIDT值示意图[57]Alireza Bananej和Amir Hassanpour[58]制备TiO2和ZrO2薄膜多层膜，通过300℃1h的退火处理，最终获得样品的损伤阀值分别为9.79J/cm2和10.17J/cm2（1064nm，20ns）。张蕾[59]
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学薄膜激光损伤阈值测量不确定度[J]. 徐均琪,苏俊宏,葛锦蔓,基玛 格拉索夫. 红外与激光工程. 2017(08)
[2]中红外3.9μm长波通截止滤光膜研制[J]. 张永久,梁立昕,姚大虎,张阔,韩永昶. 激光与红外. 2017(07)
[3]后处理对HfO2薄膜光学特性及抗激光损伤阈值的影响[J]. 吴倩,罗晋,潘峰. 光学精密工程. 2016(12)
[4]缓冲层和保护层提高激光增透膜损伤阈值[J]. 张蕾,刘洪祥,陈光,高卫东. 光电工程. 2016(07)
[5]组合结构的中波红外带通滤光片研制[J]. 王航,熊长新,何光宗. 光学与光电技术. 2015(04)
[6]用于定向红外对抗的中波红外激光器技术[J]. 杨爱粉,张佳,李刚,张晚霞. 应用光学. 2015(01)
[7]可见近红外双波段增透膜的设计及制备[J]. 李帅,孙亚军,刘桂林,朱华新,郭颖,李果华. 人工晶体学报. 2014(07)
[8]预处理效应对1064nm反射膜本征损伤性能的影响[J]. 詹光达,马彬,张艳云,马宏平. 红外与激光工程. 2014(06)
[9]航天器激光防护材料研究现状与发展趋势[J]. 冯守志,圣冬冬. 上海航天. 2014(03)
[10]激光薄膜的设计与制备[J]. 徐均琪,郭芳,苏俊宏,邹逢. 表面技术. 2014(02)
硕士论文
[1]高能激光诱导薄膜行为变迁特性研究[D]. 郭芳.西安工业大学 2014
[2]双波长激光防护红外减反滤光片的研制[D]. 石澎.长春理工大学 2011
[3]红外三波段薄膜的研究与制备[D]. 孙岩.长春理工大学 2011
[4]可见—远红外多波段光学薄膜的研究与制备[D]. 陈兵.长春理工大学 2009
本文编号：3511112
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