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组分掺杂对YbF_(3)薄膜材料光学和理化特性的影响及其在红外光学薄膜元件制备中的应用

红外与毫米波学报 2025年第1期44卷 86-96页

作者：马秋静段微波于天燕李大琪余德明刘保剑庄秋慧刘定权中国科学院上海技术物理研究所上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049 重庆理工大学机械工程学院重庆400054

本文研究了沉积方式及氟化钙(CaF_(2))的掺杂对氟化镱(YbF_(3))薄膜材料光学和理化特性的影响。分别使用电子束蒸发工艺和电阻蒸发工艺,制备了纯YbF_(3)薄膜及掺杂不同比例CaF_(2)的YbF_(3)薄膜,通过光谱测量、应力测量、X射线衍射(XRD... 详细信息

本文研究了沉积方式及氟化钙(CaF_(2))的掺杂对氟化镱(YbF_(3))薄膜材料光学和理化特性的影响。分别使用电子束蒸发工艺和电阻蒸发工艺,制备了纯YbF_(3)薄膜及掺杂不同比例CaF_(2)的YbF_(3)薄膜,通过光谱测量、应力测量、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试方式对单层膜样品进行了表征,并使用经典洛伦兹谐振子色散模型对其进行光学常数拟合。结果表明,在采用电子束蒸发工艺、CaF_(2)掺杂比例为1%的条件下,获得了光学和理化性能较好的单层膜。在该条件下,设计和制备了长波红外减反射膜系,并对其进行了光谱表征和可靠性测试,结果表明其在长波红外区的透过率达到99%以上,可靠性达到空间红外光学薄膜相关标准要求。

关键词：红外光学薄膜氟化镱掺杂增透

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多腔结构阶跃式红外集成滤光片的研究

多腔结构阶跃式红外集成滤光片的研究

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作者：段微波中国科学院上海技术物理研究所

学位级别：博士

光谱阶跃式集成滤光片作为一种精细分色元件，在多光谱航天遥感仪器中可以发挥重要的作用。本文紧密围绕项目对集成滤光片的技术要求，结合集成滤光片国内外的发展现状，展开了对多腔结构光谱阶跃式红外集成滤光片的研究。\n 在单个... 详细信息

光谱阶跃式集成滤光片作为一种精细分色元件，在多光谱航天遥感仪器中可以发挥重要的作用。本文紧密围绕项目对集成滤光片的技术要求，结合集成滤光片国内外的发展现状，展开了对多腔结构光谱阶跃式红外集成滤光片的研究。\n 在单个基片上，通过改变带通滤光片谐振腔局部区域光学厚度的方法，实现滤光片光谱通道的选择，达到多通道光谱集成的目的。分析了小角度锥光线入射的情况下，带通滤光片光谱特性的变化，发现与单腔F-P结构的带通滤光片相比采多谐振腔结构的带通滤光片，锥光线入射对其光谱影响更小。\n 在短波红外区域，对Si和SiO2薄膜材料作了详细的研究。选择这两种材料，采用双腔膜系结构，在1.1-1.5μm区域完成了8通道光谱阶跃式集成滤光片的优化设计。集成滤光片的制备采用真空电子束蒸发镀膜技术配合组合掩膜刻蚀工艺来完成。采用真空镀膜技术完成基本膜系的制备，组合掩膜配合离子束刻蚀形成有规律的谐振腔光学厚度排布，最终达到精细分光的目的。\n 对集成滤光片制备工艺深入研究后，制备出1.1-1.5μm双腔结构8通道光谱阶跃式短波红外集成滤光片，其单元滤光片几何线宽为2mm，峰值透过率大于75％，光谱定位精度优于0.9％。实验分析表明，影响集成滤光片性能的主要因素为多次成膜工艺的稳定性及离子束刻蚀的控制精度。

关键词：集成滤光片多腔结构光学特性电子束蒸发掩膜刻蚀双腔膜系结构

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硅薄膜的短波红外光学特性和1.30μm带通滤光片

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光学学报 2012年第10期32卷 277-280页

作者：段微波庄秋慧李大琪陈刚余德明刘定权中国科学院上海技术物理研究所上海200083 重庆理工大学电子信息与自动化学院重庆400050

在短波红外区域(1～3μm),硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性,以此为基础,选用硅和二氧化硅两种材料,设计并制备出中... 详细信息

在短波红外区域(1～3μm),硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性,以此为基础,选用硅和二氧化硅两种材料,设计并制备出中心波长在1.30μm,相对带宽2.46%的带通滤光片。利用了硅薄膜在波长小于1.0μm波段的吸收特性较好地扩展了带外截止范围。测量结果表明,具有2个谐振腔的带通滤光片峰值透射率达到85.8%,半功率带宽控制在约32nm,带外截止范围覆盖了波长小于1.75μm的光谱区域。

关键词：薄膜光学特性带通滤光片短波红外

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一种用于多通道成像系统的宽光谱红外分色片

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红外与毫米波学报 2008年第5期27卷 397-400页

作者：段微波刘定权张凤山中国科学院上海技术物理研究所上海200083

介绍了一种用于1.6～13μm的宽光谱红外分色片的优化设计和制备过程.该分色片在45°情况下倾斜使用,在1.6～2.2μm其平均反射率不低于90%,9～13μm其平均透过率高于85%.光谱测试和环境可靠性实验结果表明,研制的该红外分色片满足空... 详细信息

介绍了一种用于1.6～13μm的宽光谱红外分色片的优化设计和制备过程.该分色片在45°情况下倾斜使用,在1.6～2.2μm其平均反射率不低于90%,9～13μm其平均透过率高于85%.光谱测试和环境可靠性实验结果表明,研制的该红外分色片满足空间工程使用要求.

关键词：红外分色片优化设计光谱测试环境可靠性

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InGaAs探测器片上集成滤光膜的微结构与性能

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中国激光 2012年第5期39卷 179-182页

作者：王云姬唐恒敬李雪段微波刘定权龚海梅中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料和器件重点实验室上海200083

为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求,采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅... 详细信息

为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求,采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅里叶光谱(FTIR)等实验手段研究了滤光膜的表面界面形貌和光学性能,结果显示,滤光膜为法布里-珀罗三谐振腔结构,与膜系设计一致;滤光膜中心波长为1.38μm,透射率在60%左右。对集成滤光膜InGaAs器件的电学和光学性能测试分析表明,滤光膜制备工艺对器件的电流电压特性和噪声基本没有影响;而集成滤光膜器件的响应要优于滤光膜分离器件的性能。

关键词：探测器法布里-珀罗滤光膜热蒸发法三谐振腔

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近红外波段偏振编码用分色片的设计与制作

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红外与毫米波学报 2012年第6期31卷 505-509页

作者：尹欣刘定权段微波李大琪陈刚中国科学院上海技术物理研究所上海200083

在基于偏振编码的光通信试验中,需要对不同波长的线偏光进行光路分离,同时要保持分离后线偏光的偏振方向和消光比,为此设计和制备了入射角为45°的810 nm波长透射/850 nm波长反射的近红外分色片.为了抑制斜入射条件下工作波长附近s... 详细信息

在基于偏振编码的光通信试验中,需要对不同波长的线偏光进行光路分离,同时要保持分离后线偏光的偏振方向和消光比,为此设计和制备了入射角为45°的810 nm波长透射/850 nm波长反射的近红外分色片.为了抑制斜入射条件下工作波长附近s、p偏振分量的能量、相位分离,选择了合适的基础膜系,利用旁反射带边缘透、反射带光谱过渡迅速的特性,实现了临近波长的光路分离,也减小了偏振分离;通过非规整膜层的相位补偿和软件自动优化,实现了设计目标.分别选用TiO2和SiO2为高低折射率膜层材料,以离子束辅助沉积技术镀制薄膜,采用光学极值法和晶体振荡法结合的方式控制膜层厚度.制备样品的消光比在波长810 nm处达到7000∶1以上,在850 nm处达到20000∶1,实现了分色片对相位的控制,满足了偏振编码光通信试验的需求.

关键词：光学薄膜分色片消偏振设计相位控制偏振编码

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低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 406-412页

作者：于天燕秦杨蒋林段微波刘定权上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪Ⅲ型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05μm光谱高效透射,1.35~13μm波段光谱高效反射,从... 详细信息

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪Ⅲ型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05μm光谱高效透射,1.35~13μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度(LPS)。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。

关键词：光学薄膜超宽光谱分色片诱导透射偏振灵敏度

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宽角度位相调控反射镜的设计与研制

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红外与激光工程 2024年第4期53卷 215-222页

作者：李大琪刘保剑余德明段微波刘定权中国科学院上海技术物理研究所光学薄膜与材料研究室上海200083 上海市光学薄膜与光谱调控重点实验室上海200083 复旦大学信息科学与工程学院光科学与工程系上海200433 重庆理工大学机械工程学院重庆400054

宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件,用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论,采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构,设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb2O5... 详细信息

宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件,用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论,采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构,设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb2O5和SiO2分别作为高、低折射率薄膜材料,通过误差分析,优化沉积工艺,采用电子束蒸发结合离子辅助沉积的方式,在德国莱宝Lab900-plus设备上制备出该薄膜元件。研制结果表明,反射镜在780 nm处、45°±7.5°入射范围内,其反射率大于99.3%,位相差控制在3°以内,满足量子通信系统的反射率及位相差控制要求,且通过相关环境模拟实验,满足可靠性要求,为该类偏振调控薄膜元件在下一代中高轨量子卫星中的工程应用打下了坚实的基础。

关键词：光学薄膜位相调控反射镜偏振宽角度

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一种用于超光谱成像系统中消高级次光谱集成滤光片的设计与研制

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红外与毫米波学报 2016年第4期35卷 430-434,441页

作者：段微波李大琪余德明刘保剑刘定权中国科学院上海技术物理研究所上海200083

介绍了一种用于工作波段0.4-2.5μm超光谱成像系统中消高级次光谱集成滤光片的设计与研制.针对offner凸面光栅分光的工作特点,通过在同一光学基片上划分三块不同的几何区域,分波段实现超光谱成像仪全光谱范围内因光栅分光引起高级次光... 详细信息

介绍了一种用于工作波段0.4-2.5μm超光谱成像系统中消高级次光谱集成滤光片的设计与研制.针对offner凸面光栅分光的工作特点,通过在同一光学基片上划分三块不同的几何区域,分波段实现超光谱成像仪全光谱范围内因光栅分光引起高级次光谱的抑制与消除,同时保证工作波段的光学效率优于93%.采用精细掩模技术,保证不同波段之间过渡区域的尺寸小于30μm,有效提高光谱利用效率.

关键词：超光谱成像光栅分光高级次光谱集成滤光片

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偏振和相位调控反射镜的设计与制备

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光学学报 2020年第15期40卷 216-220页

作者：余德明段微波李大琪刘保剑陈刚洪瑞金上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

运用等效层理论,设计了一种目标波长分别为780,810,850 nm,在45°入射角下使用的反射镜,该反射镜在保证膜层高反射率的同时实现了对偏振和相位的调控。为了在较宽波段上满足平均反射率高的要求,选用金属银和Ta2O5、SiO2作为光学薄... 详细信息

运用等效层理论,设计了一种目标波长分别为780,810,850 nm,在45°入射角下使用的反射镜,该反射镜在保证膜层高反射率的同时实现了对偏振和相位的调控。为了在较宽波段上满足平均反射率高的要求,选用金属银和Ta2O5、SiO2作为光学薄膜的材料。采用电子束蒸发和热蒸发方式并配合石英晶体振荡监控膜厚等工艺,在JGS-1石英基底上获得了500~1600 nm波段范围内平均反射率大于95%,目标波长下消光比分别优于3000∶1、5000∶1和7000∶1的反射镜膜系。所设计的反射镜可以满足空间环境下量子通信应用的可靠性要求。

关键词：薄膜反射镜偏振相位

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