绿光激光器光学系统滤波器的设计与制备

1、绿光激光器光学系统滤波器的设计绿光激光器光学系统滤波器的设计 与制备与制备 答辩提纲答辩提纲 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，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

2、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

3、 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）两束光叠加的干涉强度的计算公式： 2cos2 2121 IIIII 2）反射率公式：）反射率公式： 2cos212cos2 21 2 2 2 121 2 2 2 1 * rrrrrrrrrrR 3）透射率透射率：）透射率透射率： 2cos2r1r - 1r1- 1 21 2 2 2 1 2 2 2 1 rrrRT 二 理论基础 2.2 特征矩阵 1 1）单层膜的特征矩阵：）单层膜的特征矩阵： 2111 111 1 cossin sincos i i C B 2 2）多层膜的特征矩阵：）多层膜的特征矩阵： 111 11

4、1 1 1 cosisin isincos k k j C B 三 滤光片的设计 3.1 滤光片的光谱参数表 波长波长 透过率透过率 532nm 95% 1064nm 99%;1064nm R99% 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，为了提高透过率， 减少基底背面的反射损失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|1.37H 1.08L 1.49H 1.71L 1.13H 0.63L|A 中心波长： 700nm 3 3） 400700nm波段范围内增透膜光谱透射波段范围内增透膜光谱透射 率曲线率曲

5、线 结果：结果：532nm T95% 490nm600nm T95% 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 4004001200nm1200nm波段范围内的理论波段范围内的理论 设计光谱透射率曲线设计光谱透射率曲线 结果：结果： 532nm 532nm处处 T99.8%; T99.8%; 490nm 490nm590nm T99%; 590nm T99%; 1064nm 1064nm处处 R99.7%; R99.7%; 1010nm 1010nm1100nm R99.5%1100nm R99.5% 所得到的理论设计曲所得到的理论设计曲 线达到了设计目标线达到了设计目标,

6、并并 且理论光谱性能很好。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成都天星真空科技有限 公司生产的型号为公司生产的型号为TXX7 TXX7 00-00-的的镀膜机镀膜机 真空系统真空系统 三部分三部分 蒸发系统蒸发系统 膜厚监控系统膜厚监控系统 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） 清洁真空室清洁真空室加膜料加膜料清洁基底清洁基底

7、装件装件抽真空抽真空 烘烤烘烤 离子轰击离子轰击 预熔预熔 蒸发蒸发测试测试 真空镀膜流程图真空镀膜流程图 2） 离子源是薄膜制备过程中不可离子源是薄膜制备过程中不可 缺少的辅助设备。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：结果：532nm处处 T95%; 1064nm处处 R99% 实验结果满足本课题要求实验结果满足本课题要求 4001200nm 光谱透过率曲线光谱透过率曲线 五测试结果分析与总结 分析：分析： 1）曲线在曲线在532nm532nm波段附近有波纹，主要是由于空气中微波段附近有波纹

8、，主要是由于空气中微 小颗粒以及小颗粒以及C02C02等物质的干扰引起的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，可以看出实际测试结果与理论设计曲线存在一些差距， 经分析原因有如下经分析原因有如下： a a 镀膜后的基片表面粗糙度与光洁基片相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；使透射率下降； b b 在实验中各项工艺参数的变化会引在实验中各项工艺参数的变化会引 起薄膜材料的起薄膜材料的Tooling值改变，值改变， 从而从而 影响镀制的实际膜厚，就会产生一定影响

9、镀制的实际膜厚，就会产生一定 的厚度误差；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 3 采用离子辅助沉积的方式，可以提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