1 同济大学先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
为解决传统双波段红外成像系统构型复杂的问题，提出了一种将自由曲面棱镜引入双波段成像系统的一体式构型。基于设计中约束追迹光线角度的低灵敏度优化方法，实现了F数为1、焦距为20 mm、视场角为21.8°×16.4°的双波段（3.7~4.8 μm和8.0~12.0 μm）红外光学系统。在20 lp/mm空间频率处，系统中波红外波段和长波红外波段内所有视场的调制传递函数（MTF）分别高于0.79和0.67。经公差分析可知，该自由曲面棱镜的制造可采用单点车削机床实现。同时，完成了长波红外自由曲面棱镜的试制。
光学设计 自由曲面棱镜 红外双波段 公差分析
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
极紫外、X射线为微观物质认识、宏观空间探测提供了高精度的观测手段，但这类观测的实现需要大量高精度光学反射元件的支撑。由于极紫外、X射线在光学表面更易发生散射，其光学反射镜基底的精度需求和制作技术也明显区别于长波元件。近年来，同济大学精密光学工程技术研究所建立了极紫外、X射线反射元件基底的超精密加工与检测平台，研发了超光滑非球面的离子束修形技术，提出了基于泽尼克多项式的随机离轴旋转绝对检测方法，形成了极紫外、X射线光学用反射镜基底的高精度全流程研制技术，并将该技术成功地应用于国内和国际短波光学大科学装置中。本文综述了本课题组在极紫外、X射线用反射镜制作领域中的研究进展。
超精密加工 极紫外 X射线 反射镜基底 非球面元件 绝对检测 ultra-precision machining extreme ultraviolet X-ray reflector substrates aspheric surface absolute measurement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2688
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
基于我国强激光装置建设和工程任务需求，同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统，该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能，测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法；此外，通过国际损伤阈值评测，实现了测量结果的国际对标。十多年来，利用该激光损伤阈值测试系统，我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律；根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征，研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理；此外，基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术，同时，为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。
激光损伤 自动化测试系统 光栅扫描 人工缺陷 泵浦-探测 损伤演化 光学薄膜 laser damage automatic test system raster scan artificial defects pump-probe damage evolution optical thin film 光学 精密工程
2022, 30(21): 2805
高光谱性能光学薄膜是国家重大光学工程、光电子产业的基石。为了提高光学薄膜的光学性能并开发精确制备技术，现有研究主要围绕设计理念、监控技术和薄膜材料等方面展开。目前，薄膜技术已经取得了长足进步，能实现高光谱性能光学薄膜的鲁棒性设计，多种基于高光谱性能光学薄膜的精确制备技术相继被提出。从薄膜设计、精确制备技术以及薄膜材料几方面出发，本文对现代高光谱性能光学薄膜研究进行了回顾和讨论，并对高性能光学薄膜潜在的挑战和进一步研究方向进行了展望。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2591
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求，基于对薄膜损伤机制的认识，同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷，系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性，促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度，提出了提升薄膜损伤性能的新途径，创建了新材料，实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备，有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。
激光薄膜 激光损伤 节瘤 人工缺陷 电场增强 laser coating laser damage nodule artificial defect electric field enhancement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2568
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
超低损耗激光薄膜在引力波探测、光原子钟、光腔衰荡光谱等精密测量领域具有重要应用。激光谐振腔的腔长稳定性和总光学损耗决定了测量系统的灵敏度和信噪比。在薄膜材料、制备工艺和检测技术的发展下，薄膜光学损耗控制和热噪声研究方面取得了显著的进展。在光学损耗方面，薄膜吸收已能控制在亚10-6量级，薄膜散射成为光学损耗的主要因素。本文重点从缺陷诱导散射和界面散射两方面梳理了薄膜散射控制的研究思路和成果，通过光学因子设计和界面功率谱密度调控降低薄膜界面散射，建立了节瘤缺陷诱导散射的理论分析模型，阐明其物理机制，提出了缺陷诱导散射的控制技术。在热噪声研究方面，主要介绍薄膜机械损耗的物理机制，通过薄膜材料体系优化降低反射薄膜的机械损耗，持续改进薄膜机械损耗的表征方法。
激光薄膜 界面散射 节瘤缺陷 机械损耗 laser coating interface scattering nodule defect mechanical loss 光学 精密工程
2022, 30(21): 2655
同济大学精密光学工程技术研究所成立二十年来，以探索前沿科学问题、突破核心关键技术、服务国家重要应用为目标，形成了理论与模拟相结合、科学问题解决与关键技术突破相结合、基础研究与重要应用相结合的特色，形成了研究所的发展理念，打造了高水平研究平台，在X射线器件与系统、强激光薄膜与应用、光学纳米计量与测试、微纳光学与智能感知四个研究方向上取得了突出的研究成果，已成为高层次人才培养和高水平科学研究的重要基地。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2555
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210036
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Precision Optical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2 Beijing Research Institute of Telemetry, Beijing 100094, China
The influence of nodule defects on the characteristics of femtosecond laser-induced damage has not been fully investigated. In this study, two types of 800 nm/1064 nm dual-band high-reflection films with different configurations were analyzed. Combined with finite-difference time-domain electric field simulation and focused ion beam analysis, the initial state and growth process of femtosecond laser damage of nodules were explored. In particular, the sequence of blister damage determined by the film design and the inner damage caused by nodules were clarified. The rule of the laser-induced damage threshold of different size nodules was obtained. The difference in the damage behavior of nodules in the two types of films was elucidated.
femtosecond laser damage nodule defects dual-band high reflectors Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081403
1 同济大学先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所, 上海 200092
模式匹配分析法是计算亚波长光栅衍射效应的一种高效方法。对于亚波长层叠光栅,相邻的不同介质层边界处电磁场切向分量连续,每层中电磁场的各个波导模式对该层中电磁场的贡献与相邻层中电磁场切向分量的贡献相等,相邻层间模式匹配,故可将模式匹配分析法应用于亚波长层叠光栅中。通过具体实例比较了由模式匹配分析法与严格耦合波分析法计算得到的光栅衍射效率和电磁场强度分布,对比结果表明模式匹配分析法在分析亚波长层叠介质光栅方面相较于严格耦合波分析法更为高效,在收敛性以及计算速度方面有着独特的优势,且对于深刻理解层叠光栅对电磁波的衍射效应以及结合优化方法设计新型亚波长光栅、新型超表面方面具有重要意义。
光纤光学 层叠亚波长光栅 模式匹配分析法 严格耦合波分析 导模共振 光学学报
2020, 40(12): 1205001
