西安工业大学 光电工程学院， 陕西 西安 710021
针对快照式多光谱系统存在体积大、光路复杂的问题，从孔径分割多光谱成像系统模型出发，设计出由复合前置光学元件、阵列孔径光阑、微透镜阵列、阵列滤光片和图像传感器组成的紧凑式多光谱成像系统，总体尺寸优于12.4×8×8(mm)3。利用阵列孔径光阑克服了垂轴色差大、视场小和光能利用率低的问题。系统在480~650nm波长范围内视场角20°、F/#0.4、焦距2.5mm、总长12.4mm、单通道MTF在153lp/mm大于0.35、畸变小于0.23%。与现有技术对比，该系统兼顾了像素分辨率、光谱分辨率和时间分辨率，实现了单通道500×400的像素分辨率和6.8nm的光谱分辨率。与计算重构成像系统相比，其直接成像的方式确保了系统的高时间分辨率；且具备小型化、轻量化和低成本的特点。
快照式 微透镜阵列 阵列滤光片 手机光谱仪 snapshot type Micro-lens array array filter MTF MTF mobile spectrometer
1 西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛，对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面，但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能，需要精确控制其车削误差。基于此，分析了影响衍射元件加工质量的因素，建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型，揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数，指导车削刀具半径的选取。最后，基于仿真结果，选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工，最终加工的衍射元件面形误差为292 nm，衍射环带位置误差最大为55 nm，高度误差最大为16 nm，粗糙度为5.6 nm。实验结果表明，该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取，有利于提高光学系统的成像质量，为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持，具有广泛的工程应用价值。
衍射光学元件 环带位置误差 刀具半径 单点金刚石车削 diffractive optical elements band position accuracy tool radius single point diamond turning 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220504
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
传统的光学诱饵构成复杂，装载要求较高，为此设计了具有较高反射性能的简单微结构的光学诱饵。首先，通过TracePro光学仿真软件，对玻璃微珠结构、截角角锥结构和立方角锥结构三种不同结构进行反射率的仿真，筛选出最符合光学诱饵高反射率要求的结构。然后，通过对不同尺寸单元微结构的反射仿真，确定光学诱饵的单元微结构尺寸。最后，通过对入射角度偏转对反射率影响的仿真，验证反射结构是否满足光学诱饵的要求。结果表明，立方角锥反射结构更符合光学诱饵的设计要求。
光学器件 光学诱饵 原向反射 立方角锥 仿真研究 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0523002
1 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710021
2 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
采用水基溶液法制备铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO-TFT), 研究了在有无紫外光辅助退火条件下, 不同后退火温度(270, 300, 330, 360和400℃)对IGZO-TFT器件电学性能的影响。研究发现, IGZO-TFT在后退火温度为360℃时器件电学性能最佳, 从而证明了水基溶液法在小于400℃的低温下可以制备IGZO-TFT。同时, 研究表明, 在后退火温度为360℃时, 与无紫外光辅助退火IGZO-TFT相比, 经紫外光辅助退火IGZO-TFT的饱和迁移率从1.19cm2/Vs增加到1.62cm2/Vs, 正栅偏压偏移量从8.7V降低至4.6V, 负栅偏压偏移量从-9.7V降低至-4.4V, 从而证明了紫外光辅助退火对IGZO薄膜具有激活与钝化作用, 可以优化IGZO-TFT器件的电学性能。
水基溶液法 紫外光辅助退火 偏压稳定性 IGZO-TFT IGZO-TFT aqueous solution method UV-assisted annealing bias stability
1 西安工业大学 兵器科学与技术学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
2 西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
多通道窄带滤光片在多光谱成像领域具有重要应用, 各通道中心波长、通带半高宽、截止带深度等指标是评价滤光片光学性能的重要参数, 准确测试窄带滤光片的光谱特性对镀膜工艺及多光谱成像应用具有重要意义。针对多通道窄带滤光片光谱特性测试过程中存在的光谱串扰问题进行了分析, 提出了基于显微镜和光纤光谱仪的多通道窄带滤光片光谱特性测试方法, 介绍了测试原理和装置; 研究了光谱分辨率对测试结果的影响规律, 采用微分算子五点修正法对原始数据修正, 并对修正前后的误差进行分析。文章解决了在多通道滤光片测试过程中存在的光谱串扰和光谱分辨率等问题, 光谱修正结果可用于指导滤光片的生产以及为光谱成像提供准确的光谱信息。
薄膜光学 多通道窄带滤光片 光谱串扰 光谱分辨率 film optics multi-narrow bandpass filter spectral crosstalk
1 西安工业大学兵器科学与技术学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
Ge基光电探测器具有独特的通信带宽响应特性和良好的CMOS工艺兼容性，在光电探测方面具有广阔的应用前景。但目前商用探测器的响应波段普遍局限在某一波段，难以满足多波段融合、小型化的探测需求。因此，通过在多层石墨烯和N型Ge之间引入薄的SiO2界面层，制备了基于石墨烯金属-绝缘层-半导体（MIS）结的光电探测器，分析了SiO2的厚度以及石墨烯层数对MIS结器件性能的影响，并测试了器件的光谱响应范围、电流-电压曲线、响应度、开关比等光电特性。结果表明，该器件在254~2200 nm波段内均有响应，在980 nm处的响应度和开关比达到峰值，分别为78.36 mA/W和1.74103，上升时间和下降时间分别为1 ms和3 ms。
探测器 石墨烯 Ge基光电探测器 宽波段 红外光电探测器 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1904001
西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
针对近眼显示系统视场小、体积笨重、柔性差、量产性差等问题, 文章采用在系统中加入自由曲面和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基的设计方法。论述了柔性近眼显示光学系统的设计要求和工作原理, 进行初始结构建立; 分析了系统杂散光产生的原因, 进行杂散光抑制设计; 采用XY多项式自由曲面替换传统非球面, 进行系统像差校正; 采用柱面波导模拟波导弯曲, 进行柔性波导弯曲优化分析,设计出一款兼备柔性弯曲能力、大视场和高成像质量的近眼显示光学系统。设计的近眼显示系统工作波段为400~700nm, 出瞳直径为8mm, 视场角为30°, 厚度为1.5mm。在截止频率71lp/mm处, 全视场的调制传递函数值均大于0.1, 畸变小于5%, 在波导变形弯曲半径大于500mm情况下, 全视场的调制传递函数值在截止频率15lp/mm处均大于0.1, 系统重量约为22.8g。设计结果表明实现了近眼显示光学系统小型化、轻量化和柔性化, 可应用于新一代的头盔显示系统中。
近眼显示 光学设计 自由曲面 near-eye display optical design PDMS PDMS free-form surface
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西安工业大学 西北兵器工业研究院, 陕西 西安 710021
硅纳米线是新型一维半导体纳米材料的典型代表。利用阳极氧化铝薄膜为模版复制出具有有序纳米结构的金膜, 在金的催化辅助下对单晶硅进行湿法刻蚀, 得到尺寸、形状、分布可控的硅纳米线阵列, 并对其光学特性进行了研究。研究结果表明, 金代替银作为催化剂, 可以有效地抑制二次刻蚀, 金的化学性质相对于银更加稳定, 克服了银膜在较高的温度或较长刻蚀时间下产生的结构性破坏, 得到形貌规整、尺寸可控的硅纳米线阵列。对该阵列在400 nm～1 200 nm波段的反射率、透过率进行了测试, 并对比分析了金模板催化与传统方法机理的异同。测试结果表明, 相较于传统金属辅助化学刻蚀法, 文中提出的金模板催化法制备的硅纳米线阵列尺寸及分布更加均匀可控, 在宽光谱范围内的抗反射性得到了显著提高。
半导体材料 硅纳米线 阳极氧化铝薄膜 湿法刻蚀 催化 抗反射性 semiconductor materials silicon nanowires ultrathin anodic aluminium oxide membrane wet etching catalysis anti-reflective properties
利用声学法研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况，建立了激光致薄膜产生的声波采集系统，对其采集到的时域信号进行傅里叶变换，比较和分析薄膜损伤前后声波24~40 kHz高频段的曲线，提取频率特征，并提出用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别方法。实验数据结果表明，该方法简单易行，可降低环境噪声的影响，既能实现在线检测，又能准确判别薄膜损伤。
薄膜损伤 声频 激光能量 相似 曲线特征 film damage acoustic frequency laser energy similarity curve characteristics 强激光与粒子束
2014, 26(7): 071004
制备了不同厚度下的CTi颗粒膜用作表面传导电子发射的阴极发射薄膜，研究了不同颗粒膜厚度对电子发射特性的影响。将所制备阴极器件加载不同电压幅值下的等幅三角波，对器件进行电形成，结果表明:颗粒膜厚度为69 nm的器件开启电压为32 V，在33 V时具有最大发射效率;颗粒膜厚度为855 nm的器件开启电压为15 V， 在23 V时发射效率最高; 颗粒膜厚度为69 nm的器件所形成的电压范围和电子发射效率都明显高于颗粒膜厚度为855 nm的器件。
碳钛颗粒膜 表面传导电子发射 薄膜厚度 电子发射率 CTi granular films surface conduction electron emission film thickness electron emission efficiency
