1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 200031
3 中国科学院大学，北京 100049
双带通滤光片可以在元件的任意一个几何位置上同时透过两个光谱通道，从而实现双光谱通道的同时探测。文中研制了一种在100 K低温下使用的短波和中波红外双带通滤光片，选用Ge和SiO分别作为高低折射率膜层，在蓝宝石（Al2O3）基片上设计了具有Fabre-Perot(F-P)结构的短波通道滤光膜系和中波通道滤光膜系，它们在另一通带位置兼具增透能力，组合形成了包含短波通道(2.60~2.85 μm)和中波通道(4.10~4.40 μm)的双带通滤光片。Ge和SiO薄膜分别以电子束和电阻热蒸发的方式在高真空环境中完成沉积。测试结果显示，在100 K低温下，短波和中波通道的平均透射率分别达到91.2%和87.7%，顶部波纹幅度分别为2.1%和3.8%，波长3.00~3.95 μm光谱区域内的截止深度低于0.1%。该双带通滤光片在低温下的光学性能满足光学成像仪器的光谱应用要求，有利于更加精确的红外遥感和探测。
光学薄膜 双带通滤光片 低温光谱 红外 optical thin film dual bang-pass filter cryogenic spectrum infrared 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210964
1 中国科学院 上海技术物理研究所，上海 200083
2 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 200031
3 中国科学院大学，北京 100049
双色滤光片在其任意一个几何位置上，均能够有效透过两个精确控制的光谱通道，它可以提升光学探测装置对目标的识别能力。本文选用单晶Ge作为基片，Ge和ZnSe分别作为高低折射率膜层材料，研制了一种包含3.2~3.8 μm(通道1)和4.9~5.4 μm(通道2)两个通道的红外双色滤光片。在高真空中以热蒸发的方式镀制了滤光片的光学膜层，采用单波长的极值百分比光学监控(POEM)方法控制膜层的光学厚度。在100 K低温下，通道1的平均透射率为94.2%，顶部波纹幅度为5.7%；通道2的平均透射率为96.5%，顶部波纹幅度为0.6%。在两个通道之间(4.0~4.7 μm)的截止区域内，平均透射率小于0.16%。该红外双色滤光片具有良好的光学稳定性，有利于高速运动目标的识别。
光学薄膜 双色滤光片 红外 低温光谱 optical thin film dual-color filter infrared cryogenic spectrum
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
折衍混合透镜具有重量轻和结构紧凑的特点, 在空间光学仪器等方面有一定的优势。结合物镜设计要求的工作波段 3.7～4.8 .m、焦距 64 mm和 F数 1.6等参数, 采用了含有平面衍射微结构的 3片式分离镜片, 物镜总长度和重量得以明显减少, 减少约 40%。镜片选用了常用的红外光学材料硅和锗, 设计对公差的要求较为宽松, 得到的弥散斑半径小于 9.5 .m, 各个视场的 MTF值在 17毫米线对处均达到 0.8。硅平面镜表面的衍射微结构可以用 4次套镀薄膜的方法来实现 16个台阶, 分析了衍射微结构可接受的加工误差范围。选用 SiO和 ZnS膜层来减少镜片表面反射损失, 波段内物镜的光学效率达到 93%。
折衍混合 物镜 衍射微结构 光学设计 薄膜 refractive-diffractive hybrid, objective lens, dif
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 上海恒光警用器材有限公司, 上海 200432
为满足高光谱遥感应用对分光元件宽工作光谱范围的要求,根据Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器出现透射率极大值的相位条件,通过划分滤波器的工作光谱范围,选定干涉级数,确定F-P腔的腔长变化区间,来抑制F-P可调谐滤波器的多级透射峰。该方法可以有效拓展F-P可调谐滤波器的自由光谱范围,使其光谱扫描特性满足高光谱遥感应用要求。
光学器件 高光谱遥感 分光元件 工作光谱范围 Fabry-Perot可调谐滤波器 多级透射峰
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学物质学院, 上海 200031
双色滤光片的膜系设计方法有多种，如自动优化设计、缓冲层和组合膜系设计、加厚间隔层的Fabry-Perot(F-P)膜系、双峰结构F-P 膜系的多次重复，以及具有分形结构的F-P 膜系设计等方法。但它们在特定通道带宽和通道间距要求的膜系设计中，或者在膜系的工艺可实施性方面存在一定的局限性。运用目标光谱拟合优化后的两个具有增透带的F-P 膜系相组合的设计方法，有效解决了较宽通道带宽和较大通道间距的双色滤光片的设计问题。采用Ge和SiO 两种材料，利用有限的38层薄膜，在中波红外波段设计出了波形良好的双色滤光片，其两个通道的相对带宽均为9%，两个通道中心波长位置比可以在1.4~5.0 的范围内进行调整，通带边缘陡度不大于2.0%。这种膜系结构的双色滤光片具有通带宽度和位置方便调控的特点，并有较强的可实施性。
光学设计 光学薄膜 双色滤光片 膜系设计 法布里-珀罗滤光片 红外滤光片
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室,上海200093
3 五邑大学 薄膜与纳米材料研究所,广东 江门529020
为了提高紫外成像器件的填充因子,解决凝视型高性能紫外成像器件的核心技术问题,根据标量衍射理论设计了用于128×128日盲型紫外成像器件的微透镜阵列,其工作中心波长为350 nm,单元透镜F数为3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为86%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列的整体性能满足了微透镜阵列与紫外成像阵列的单片集成要求。
紫外 微透镜阵列 组合多层镀膜与剥离 UV diffractive microlens multi-layer coating and stripping
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
3 五邑大学 薄膜与纳米材料研究所， 广东 江门 529020
为了提高紫外焦平面阵列的填充因子，可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成，以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列，其工作中心波长为350nm，单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列，对具体的工艺流程和制备误差进行了分析，测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明：衍射微透镜阵列的衍射效率为88%，与理论值95%有偏差，制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布，与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。
紫外 焦平面阵列 衍射微透镜阵列 单片集成 utraviolet FPA dffractive microlens mnolithic integration
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
3 五邑大学薄膜与纳米材料研究所， 广东 江门 529020
为了提高光纤和光器件之间的耦合效率，设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现，热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关，热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器，横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4 μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295 mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器，并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较，结果表明实验数据与理论吻合较好，说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。
光纤光学 热扩芯光纤 自聚焦透镜 光纤准直器 耦合插入损耗 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 060602
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical Systems, Shanghai 200093, China
3 Institute of Thin Films and Nanomaterials, Wuyi University, Jiangmen 529020, China
An optimized dual fiber Bragg grating (FBG) is proposed for 980-nm semiconductor lasers without thermoelectric coolers to restrict temperature-induced wavelength shift. The mathematical model of the temperature-induced wavelength shift of the laser with the dual FBG is built using the external cavity feedback rate equations. The external cavity parameters are optimized for achieving the stability mode-locking laser output. The spectral characteristics of the dual FBG stabilized laser are measured to range from 0 to 70 oC. The side mode suppression ratio (SMSR) is more than 45 dB, while the full-width at half-maximum (FWHM) is less than 1 nm. The peak wavelength shift is less than 0.1 nm. The dual FBG wavelength shift proportional coefficient is between 0.1086 and 0.4342.
半导体激光器 双FBG 波长漂移 非致冷 140.3425 Laser stabilization 140.3480 Lasers, diode-pumped 140.3570 Lasers, single-mode Chinese Optics Letters
2011, 9(3): 031403
