用离子束溅射的方法在红外石英玻璃基底上制备了Ta2O5/SiO2（1.064 μm波长下高透，2.128 μm波长下高反）波长分离膜，利用飞秒激光系统（输出波长为2 μm，脉宽为80 fs）测试了它的激光损伤情况，同时用光学显微镜和扫描电镜观察了样品的损伤形貌，根据不同能量作用下破斑面积与能量密度的关系拟合得到样品的损伤阈值。实验结果表明，2 μm飞秒激光作用在波长分离膜的损伤形貌为层状分布，破斑边缘比较清晰，没有热扩散和热传导现象，属于本征损伤。利用基于导带电子数密度的理论模型，并结合电场分布与带隙理论讨论了2 μm飞秒激光作用于光学薄膜的损伤机制，确定了损伤起源于高低折射率界面处的窄带隙材料。

Properties of symmetrical layers as matching layers in multilayer thin film design were analyzed. A calculation method was presented to derive parameters of desired equivalent refractive index. A harmonic beam splitter was designed and fabricated to test this matching method.

采用合适的离子束辅助沉积(IBAD)参数在K9基底上镀制了高激光损伤阈值的中心波长1053 nm的增透膜,分别从光谱性能、吸收性能、抗激光损伤阈值(LIDT)以及退火后的影响等方面与未进行离子束辅助沉积的薄膜进行对比分析。实验结果发现,采用离子辅助制备的薄膜放置80 d后具有更好的光谱稳定性,与未进行离子束辅助镀制的薄膜相比,平均吸收下降了57%,吸收值偏高的奇异点明显减少;损伤阈值提高了60%,用Leica偏振光学显微镜观察50%损伤几率的能量下破斑形貌,发现经过离子束辅助制备的样品破斑形状整齐且缺陷点少;未进行离子束辅助制备的样品退火后吸收降低,阈值提高,但奇异点没有减少,辅助样品变化不大。由此可知,离子辅助有助于制备高性能基频增透膜。

渐变折射率薄膜因为消除了界面而克服了传统的分层介质膜的固有弊端。探讨了一种基于这种渐变膜系的设计方法。从小波理论及渐变折射率增透理论出发,以分层介质高反膜系为参照,给出了采用梳状(Rugate)滤光片设计不同类型颜色滤光片的设计原理,并以目前背投系统中使用的红、绿、蓝颜色滤光片为指标,理论设计出了具有优良光谱特性的红、绿、蓝颜色滤光片;对该设计结果进行了角度敏感性分析、偏振效应分析并与传统的反射膜叠加法得到的分层膜系进行比较,发现通过梳状滤光片理论设计的滤光片较传统的多层膜滤光片具有更小的角度敏感性和较小的偏振效应。

从德鲁德理论出发,对多元共蒸法镀制的非均匀膜的折射率分布与沉积速率的关系进行了探讨;然后利用计算机辅助模拟,对德鲁德分布非均匀光学薄膜,从单周期和多周期、正变和负变、完整周期和存在半周期几个方面对其光学特性进行了系统分析.研究发现:其透射率的极小值和周期数的关系遵从周期数的三次多项式衰减规律,不同规律的德鲁德分布非均匀膜可用来设计不同功能的滤光片.

探讨了不同规律的非均匀性对单层膜的光谱特性的影响,与均匀单层膜对比发现:折射率正变引起透射率的极大值减小,折射率负变引起透射率的极大值变大,当非均匀性很小时,透射率的极小值基本不变.对实验制备的单层膜从实验和理论上进行了对比并给出了较好的拟合,发现在薄膜和基底的界面处存在一过渡层,过渡层可近似为线性,并从理论上给予了分析解释.

测量了End-Hall离子源在不同条件下的离子束流密度,在不同离子束流密度下进行了Ar离子辅助沉积ZrO2薄膜的实验,研究了离子束流密度对薄膜折射率、晶相的影响.根据动量传递模型分析了离子束流密度对薄膜折射率的作用;根据热尖峰理论证明了一定条件下离子束流密度不会影响薄膜晶体结构.

通过对主膜系添加匹配层并借助计算机对膜系进行优化,设计出结构规整、性能优良的1064 nm倍频波长分离膜。用电子束蒸发及光电极值监控技术在K9玻璃基底上沉积薄膜,将样品置于空气中在260 ℃温度下进行3 h热退火处理。然后用Lambda 900分光光度计测量了样品的光谱性能;用表面热透镜(STL)技术测量了样品的弱吸收值;用调Q脉冲激光装置测试了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)。实验结果发现,样品的实验光谱性能与理论光谱性能有很好的一致性,退火前后其光谱性能几乎没有发生温漂,说明薄膜的温度稳定性好;同时退火使样品的弱吸收减小,从而其激光损伤阈值提高。理论和实验结果均表明,对主膜系添加匹配层的方法是1064 nm倍频波长分离膜设计的较好方法。

利用德鲁德理论和洛伦兹洛伦茨理论,从介电常数分析入手,探讨了混合介质膜的折射率表达式,给出利用双源共蒸法镀制的渐变折射率薄膜在混合介质膜的总沉积速率恒定、两种膜料的单分子大小近似相等和沉积速率均为线性变化时的折射率表达式;从正变和负变、单周期和多周期、不同的周期数和不同的单周期厚度几个方面对渐变折射率薄膜的光学特性进行了模拟分析和讨论;对渐变折射率薄膜的实现、应用以及实验制备中有待进一步解决和处理的问题进行了讨论。

多层介质反射镜在非正入射的时候,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计,入射角为45°,在1285～1345 nm之间p,s波获得了270°±0.15°的相移和99.5％以上的反射率。对使用的膜系进行了每层光学厚度的误差分析。用离子束溅射技术制备相位延迟膜,在大气中对样品进行不同温度的退火,用分光光度计测试了光谱特性和用椭偏仪测试了相位特性。结果表明,未退火的样品在相应波段获得了267.5°±0.5°的相移和99.6％以上的反射率;根据拟合分析,最外层的误差和折射率与设计值的偏差是发生相移偏小的主要因素;随着退火温度的升高、折射率变小和物理厚度变大,相移将变小。