研究并制作了以钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷为基底材料的衍射光栅元件。通过磁控溅射技术在YAG透明陶瓷表面溅射一层均匀致密的金属铬, 获得带有硬掩模的陶瓷样品。借助接触式曝光系统进行光刻, 反复试验, 获得带有衍射光栅的YAG透明陶瓷样品。经光学轮廓仪检测, 样品铬膜厚0.072 μm, 光栅细节得到完好保留。实际光栅的衍射图样再次验证了以YAG透明陶瓷代替传统微光刻基底材料制作衍射光栅的可行性, 使得衍射光栅在更为复杂的环境下发挥作用成为可能。

提出了一种基于马赫-泽德干涉仪的检测法.理论分析表明,该法检测到的物光与参考光的干涉条纹即为晶体径向平面上的等温线.通过热分析软件对均匀和非均匀致冷晶体温度场的模拟表明,当检测到的干涉条纹为以晶体径向平面中心为圆心的圆环时,晶体周边接触良好,致冷均匀;当检测到的干涉条纹向某一方向扭曲时,该方向上致冷块与晶体边界接触不好.对装在铜致冷座里的3 mm×3 mm×5 mm,a切割,0.5% Nd3+掺杂的Nd∶YVO4晶体进行了检测,根据检测到的干涉条纹扭曲方向重新安装了致冷座,获得了以端面中心为圆心的干涉环.实验结果与理论分析相符,证明马赫-泽德干涉法可以检测晶体侧面致冷均匀性.

针对基模能量高斯分布造成的激光标线器线斑能量分布不均匀的问题,提出了一种非球面柱透镜的解决方法.该方法不同于传统的旋转对称整形系统的设计,属于非对称整形系统的设计范畴.根据光束传输的能量分配守恒法则和折射定律建立方程组,通过数学软件数值求解方程组,解得非球面矢高表达式.光学软件模拟表明,所设计的非球面柱透镜能使线斑能量均匀分布,工作距离范围宽,不仅适用于准直入射高斯光束,而且适用于会聚入射高斯光束.

基模激光光源的光强高斯分布,使得激光标线器的线斑光强分布不均匀。提出了一种用TEM20,TEM40类的高阶模光源代替基模光源的方法。这类高阶模的一个正交方向上的光强分布为几个高斯轮廓的叠加,相对于基模光强的单个高斯分布提高了均匀性。当相邻两高斯分布间间距越小时,高阶模光强分布越均匀。实验通过使激光二极管(LD)相对于腔模轴线横向偏离得到高阶模。通过对横向偏距的精确控制,来控制相邻高斯分布的间距。在激光标线器1 m工作距离处,分别在基模和高阶模作为光源的情况下测得线斑光强数据。数据表明,高阶模光强分布的多瓣叠加特性能提高线斑的光强分布均匀性。

给出了一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法。在高斯准直光束后加一透镜系统,恰当地调整准直高斯光束到某一种汇聚发散的状态。在这种状态下,可使由平凹腔凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径大小相仿,解决了不加透镜系统时,两反射回来光斑直径相差很大,难于对准的问题,提高两光斑的对准精度。实验使用束腰为0.6 mm的氦氖光,其后加一优化好的透镜系统,在889 mm的距离下,对凹面镜曲率半径为50 mm的平凹腔进行对准。得到由凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径分别为4.8 mm和5.1 mm,平凹腔的角度对准精度达到了3.18′。对准好的腔体在点亮LD后,均能出基模光斑。实验结果与理论分析相符,证明了该对准方法结构简单,执行方便。

由薄膜压缩应力产生模型和薄膜总应力的组成出发,分析了要改变薄膜的本征应力热处理必须有足够的能量即激活能.当热处理能量低于激活能时,只能改变薄膜热应力,与处理时间无关.热应力与处理温度有线性关系,建立了波长变化量与温度变化量间的关系模型.当热处理能量高于激活能时,本征应力改变,进而波长的改变与时间有关.实验结果表明,从200～300℃的各1,2,5 h保温处理下,波长从1.4 nm线性地增大到4.15 nm,波长变化与处理时间无关.在350℃分别进行1,2,5 h的处理情况下,波长的改变量分别为4.75 nm,5.07 nm,5.7 nm.保?率奔涠痰?波长增量也小.400℃各种处理时,波长的改变基本上与350℃的处理结果类似.充分说明了在较低温度处理时,薄膜应力只有热应力的改变;较高温度处理时,本征应力才会改变.

总结了薄膜应力的一些测量方法.分析了利用测量基片弯曲曲率的激光宏观变形分析法--激光干涉法、激光束偏转法的理论依据及其测量原理,计算了各种测量方法的测量精度.激光干涉法的精度可达0.92%,可测量的最小应力值为15.7MPa;激光束偏转法较低,为2.12%,可测量的最小应力值为25.5MPa,空间分辨率低,约为100μm.

利用薄膜应力公式和弹性力学的小挠度弯曲理论,分析了多层薄膜应变与薄膜厚度变化的关系,建立起基片曲率与薄膜厚度变化关系的理论模型,提出了多层薄膜各层厚度不均匀变化的关系式.膜厚均匀变化只影响中心波长的漂移,而这种膜厚不均匀变化不仅引起中心波长也引起光谱的退化.在基片由10 mm厚减薄到1.0 mm时,对100GHz的窄带滤光片的模拟结果为中心波长减小0.977nm;0.5dB带宽减小0.19nm.引入膜厚随机误差的模拟结果为中心波长减小1.066nm;纹波增加0.36dB;峰值插损增加0.32dB,光谱进一步退化了.说明了基片曲率变化引起的光学薄膜厚度变化的不均匀性是引起这种窄带干涉滤光片光谱退化的主要原因之一.

利用薄膜应力公式和弹性力学的小挠度弯曲理论分析了在应力变化情况下,多层薄膜应变与膜厚变化的关系,并建立其数学模型,提出多层薄膜各层厚度变化的不均匀性理论.利用这个模型在应力减小200 MPa条件下对138层4腔的100 GHz滤光片光谱进行了模拟,与设计值比较发现中心波长增加了0.562 nm;0.5 dB处的带宽比设计值减小0.124 nm;25 dB处的带宽比设计值减小0.01 nm;谱线矩形化变差;插损也有明显的增加.说明了应力变化引起?墓庋П∧ず穸缺浠牟痪刃允且鹫庵终缮媛斯馄馄淄嘶闹饕蛑?实验结果为100 GHz的窄带滤光片热处理后中心波长增加0.325 nm;0.5 dB处带宽减少0.01 nm;20 dB处带宽增加0.014 nm;插损增加,谱线通带变形严重,纹波增大,光谱退化了.实验结果与理论分析一致.

总结了薄膜应力的一些测量方法。将经常使用的方法归纳为激光宏观变形分析法和X射线分析法。介绍了利用测量基片弯曲曲率的激光宏观变形分析法(包括激光干涉法和激光束偏转法)和晶格变形的X射线衍射法等测量薄膜应力的理论依据及其测量原理,计算了各种测量方法的测量精度,X射线分析法的精度最高,其次是激光干涉法,而激光束偏转法的精度最低,分析了激光分析法和X射线分析法的优缺点。