绿光激光器光学系统滤波器的设计与制备

绿光激光器光学系统滤波器的设计与制备,答辩提纲,一.绪论二.理论基础三.滤光片的设计四.薄膜的制备五.测试结果分析与总结六.致谢,一绪论,在生物工程，国防科技，医疗手术，激光显示等领域中绿光激光器都有着广泛的应用，光学干涉截止滤光片是绿光激光器光学系统重要的光学元件,一绪论,1国内发展状况兰州物理研究所一表面工程技术国家级重点实验室研制的星载激光防护薄膜,其光学性能指标,在遥感仪器的工作波段500900nm范围内,平均透射率达到95.2%，对1315nm波长的激光反射率超过99%。2国外发展状况美国陆军纳蒂克研究发展和工程中心研制一种激光防护镜,是利用热溶氨基甲酸乙脂粘合剂胶层将镀有多层反射介质膜的玻璃箔、聚碳酸酷镜片粘结压制而成。这种防护镜可对532nm、694nm和I064nm三种波长激光进行有效防护,其相应光密度可以达到4，可见光透过率为73%左右。,一绪论,3研究内容：（1）筛选合适的镀膜材料。（2）利用TFCalc进行膜系的优化设计。（3）完成薄膜的制备。（4）进行成品的光谱性能测试，分析理论设计薄膜与实际制备薄膜光学性能有差异的原因。,二理论基础,2.1光学薄膜的多光束干涉1）两束光叠加的干涉强度的计算公式：,2）反射率公式：,3）透射率透射率：,二理论基础,2.2特征矩阵1）单层膜的特征矩阵：,2）多层膜的特征矩阵：,三滤光片的设计,3.1滤光片的光谱参数表,在镀膜前，首先要选择被镀膜的基底和镀膜材料。这是设计膜系前的基础工序，不同的基底和材料，膜系设计的方案不同,三滤光片的设计,3.2材料的选取下面是可见和近红外区域中常见高折射率的镀膜材料：,三滤光片的设计,可见和近红外区域中常见低折射率的镀膜材料：,三滤光片的设计,H4的选择:TiO2在电子枪加热蒸发的过程中，当温度达到一定程度时容易失氧，会产生多种Ti的氧化物，使得折射率分布不稳定；ZrO2薄膜放于空气中会吸收水分，使ZrO2多层膜的反射率和透射率光谱产生变化，会降低膜层的光谱稳定性；Ta2O5的激光损伤阈值低，且Ta2O5易吸收；H4的折射率稳定，受温度的影响较小；蒸发稳定；激光损伤阈值高。故选择H4作为高折射率材料。SiO2的选择:MgF2在形成薄膜时的张应力较大，在镀制多层膜时容易造成薄膜的龟裂。SiO2是常用的玻璃材料，镀膜时能更好的附着在基底上，H4能与SiO2有良好的匹配，并且膜层稳定。,三滤光片的设计,3.3膜系设计3.3.1前面滤光膜的设计1）基本膜系结构：短波通Sub|(0.5LH0.5L)12|A2）最终膜系:Sub|0.97L1.01H1.17L0.89H0.91L1.09H0.94L0.90H1.09L0.97H0.97L1.02H1.00L0.98H1.08L0.92H0.93L1.09H0.92L0.86H1.15L0.90H0.83L1.15H0.54L|Air中心波长：1064nm共25层总厚度：3935.36nm,三滤光片的设计,3）,400nm1200nm波段范围内前面理论设计光谱透过率曲线,结果：532nmT99%;1064nmR99%,三滤光片的设计,3.3.2后面增透膜的设计目的：为了提高透过率，减少基底背面的反射损失。1）基础膜系结构：Sub|HLHLHL|Air、2）最后膜系：Sub|1.37H1.08L1.49H1.71L1.13H0.63L|A中心波长：700nm,3）,400700nm波段范围内增透膜光谱透射率曲线,结果：532nmT95%490nm600nmT95%,三滤光片的设计,3.3.3基底两面均镀膜后的结果理论曲线,4001200nm波段范围内的理论设计光谱透射率曲线,结果：532nm处T99.8%;490nm590nmT99%;1064nm处R99.7%;1010nm1100nmR99.5%,所得到的理论设计曲线达到了设计目标,并且理论光谱性能很好。,四薄膜的制备,4.1镀膜设备,成都天星真空科技有限公司生产的型号为TXX700-的镀膜机真空系统三部分蒸发系统膜厚监控系统,四薄膜的制备,4.2膜厚监控薄膜厚度的监控主要分为石英晶体振荡法和光电极值法两种方法。（晶控、光控）本膜系为非周期膜系而且为非规整膜系，并且膜层数并不太多，所以在本次膜层监控时采用晶控方式监控膜层的几何厚度。,四薄膜的制备,4.3镀膜工艺过程1）,清洁真空室,加膜料,清洁基底,装件,抽真空,烘烤,离子轰击,预熔,蒸发,测试,真空镀膜流程图,2）离子源是薄膜制备过程中不可缺少的辅助设备。,五测试结果分析与总结,采用日本岛津UV-3150型分光光度计测试膜层的光谱特性，光学性能测试结果如下图所示：,结果：532nm处T95%;1064nm处R99%实验结果满足本课题要求,4001200nm光谱透过率曲线,五测试结果分析与总结,分析：,1）曲线在532nm波段附近有波纹，主要是由于空气中微小颗粒以及C02等物质的干扰引起的；2）可以看出实际测试结果与理论设计曲线存在一些差距，经分析原因有如下：a镀膜后的基片表面粗糙度与光洁基片相比有所下降，会造成光在薄膜表面的散射损耗,使透射率下降；,b在实验中各项工艺参数的变化会引起薄膜材料的Tooling值改变，从而影响镀制的实际膜厚，就会产生一定的厚度误差；,五测试结果分析与总结,c在制备过程中，电子枪功率与蒸发速率的相互影响、充氧量对真空度的影响以及离子源参数的影响，都会导致工艺参数存在一定的不稳定性，同时材料折射率受工艺参数影响会在一定范围内有所变化。,五测试结果分析与总结,总结：1本课题所使用的基底是K9玻璃，选择H4和Si02做为高低折射率材料，利用TFCalc软件对膜系进行优化设计，最终得到符合透射率和反射率要求的干涉截止滤光片。2镀膜前采用低能离子轰击基底的方法来提高薄膜的抗激光损伤阈值。,3采用离子辅助沉积的方式，可以提高薄膜与基底的附着力、改善薄膜应力，提高薄膜的光学性能和机械性能。,五测试结果分析与总结,4镀制完成成品后