1 苏州领锐源奕光电科技有限公司，江苏 苏州 215216
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
借助微分方法，提出光学系统内的消波段间色差和波段内色差条件，建立了扩展的复消色差理论，通过对比各自波段和全波段的折射率-色差系数，进行材料配对，并迭代优化校正各类像差。由此介绍了几种多波段共孔径光学系统的实现途径和具体设计实例，包括：透射式结构的宽波段及多波段成像物镜光学系统；透射式结构的中波/近红外二次成像变焦系统；透射式结构的中/长波红外二次成像变焦系统；通过反求工程（Reverse Engineering）设计了AN/AAQ-33“狙击手XR”吊舱采用的中波/近红外共孔径透射式前置望远系统主光路；AN/ASQ-228 ATFLIR吊舱采用的共孔径离轴三反射式消像散前置望远系统主光路；AN/AAS-52 MTS-B吊舱采用的同轴偏视场三反前置望远系统主光路；EKV采用的同轴四反二次成像系统；拓展介绍了采用同轴折反式前置望远+后置成像结构的光路结构，包括同轴折反式中波/短波/近红外和长/中/短波红外望远系统+后置分光成像系统的设计；以及一些典型弹载光学系统共孔径或共光路的设计。
光学设计 多波段 共孔径 折反式光学系统 前置望远系统 optical design multi-band common aperture mirror-lens optical system fore telescope 红外与激光工程
2020, 49(6): 20201017
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料科学与技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
在不同的实验环境条件下，对电子束蒸发制备的ZrO2/SiO2多层膜进行了高低温交变实验。扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)的测试结果显示高低温交变前后薄膜内部均无晶体形成，膜层结构也无变化。测试高低温交变前后样片的透射率光谱、面形、激光损伤阈值，并对其进行分析。结果表明，在经历高低温交变实验之后，薄膜元件中心波长处的透射率下降，损伤阈值降低，面形向凹陷方向发展。
薄膜 透射率光谱 面形 激光损伤 中国激光
2011, 38(12): 1207003
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
采用红外石英作为基底材料，利用SiO2/ZrO2膜系制备2100 nm波段钬激光器0°高反膜。提出一套完整的优化工艺，解决了薄膜的材料（膜料和基底）本身的水吸收，克服了薄膜表面光洁底差、散射吸收损耗大、容易破裂等问题，镀制出的薄膜在激光使用波长透射率小于0.1%，粗糙度小于1 nm，并且具有长期稳定性好，可靠性高等特点。
薄膜 钬激光器 高反膜 优化 中国激光
2011, 38(11): 1107003
高准确度自动跟踪系统是太阳能聚光器必不可少的组成部分，而信号采集器能否精确可靠地采集到阳光照射方向的信号又是自动跟踪准确度的关键.本文提出了一种粗细调互补信号采集器的设计方案，在正常工作期间通过软件能够根据需要不断地自动调整选择二组光电传感器中其中一组输出的差模信号作为有效信号，从而有效地解决了大范围寻找太阳和高准确度跟踪之间的矛盾；而在此基础上改进为对聚光后的阳光信号进行采集的新结构，又彻底解决了光电传感器本身在光照强度很大时进入饱和区与光照强度很弱时输出的差模信号太小的问题，有效延长了聚光器在早晚时段的正常工作时间.据此原理制作的聚光型粗细调互补信号采集器应用于某公司的CPV型1200W砷化镓发电系统中，取得了很好的跟踪效果,其实际跟踪误差≤0.1°(立体角).
太阳能聚光 跟踪准确度 信号采集器 差模信号 粗细调互补 Solar concentrating Tracking accuracy Signal collector Differential-mode signal Rough and fine adjustment complementary
1 中国科学院上海光学精密机械研究所光学薄膜技术中心, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
对激光实现由线偏振光转变成圆偏振光的偏振态调制，需要引入90°或270°相位延迟器。设计中选择金属介质组合，光学性能优良的Ag膜作为金属层，利用Gires-Tournois (G-T)腔调节相位，通过优化介质膜堆，在45°入射角和1000~1100 nm波段，所得相位延迟为270°±1°。通过误差分析可知，在现有膜厚控制精度下，控制敏感层容差，在设计带宽内可得到反射率R≥99.9%和相位延迟偏差δ<7.2°。
薄膜 金属介质膜 宽光谱 相位延迟 容差分析 G-T腔
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所,上海 201800
2 中国科学院 研究生部,北京 100039
建立了矩形阵列高斯光束合成模型,采用数值模拟方法计算了光束间距、单元光束特性以及阵列结构等参数对非相干合成和同相位相干合成的远场峰值强度及光束质量的影响,描述了非同相位相干合成可能产生的结果,讨论了同轴与非同轴合成,相干与非相干合成的特点。结果表明:非相干和同相位相干合成时的光束质量随着单元光束的增多而变差,并且随着光束间距与单元光束束腰之比的增大而下降;而非同相位相干合成的结果较为复杂,可能产生完全相消干涉,合成光束“重心”离轴及束腰位置偏移等现象。分析认为:同轴合成可以获得最佳的光束质量,是值得采用的合成方式。此外,同轴相干合成优于非相干合成的充分条件是将单元光束之间的相位差控制在(-π/4,π/4)以内。
激光技术 高斯光束 光束合成 同轴相干合成 M2因子 峰值强度 laser technology Gaussian beams beam combination coaxial coherent combination M2 factor peak intensity
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海201800
2 中国科学院研究生院, 北京100039
负色散镜的色散补偿性能对设计和制备的精度要求都非常高, 折射率和薄膜物理厚度是其性能准确实现的必要参数。实验设计并镀制了Gires-Tournois(G-T)镜, 结合电场强度分布及薄膜的群延迟色散(GDD)、扫描电镜的测量结果, 从材料折射率、膜层厚度、敏感膜层的变化及界面粗糙度等主要因素对Gires-Tournois镜群延迟色散性能的影响进行了分析。研究表明：设计时采用的材料折射率要根据实际实验计算得到; 群延迟色散量随着总的膜层厚度和腔的厚度增加而增加; 电场强度的分布决定色散补偿能力及敏感膜层的位置, 最薄的膜层不一定是最敏感的膜层, 敏感膜层对沉积厚度控制精度要求非常高; 薄膜的界面粗糙度和不均匀性也是误差产生的重要原因。
薄膜 负色散镜 误差分析 群延迟色散 折射率 膜厚
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
按照高斯型渐变反射率镜(GRM)的参数要求,采用了中间层厚度渐变的方案对膜系和掩模板形状进行设计。根据薄膜的实际需求和具体的沉积设备,设计了掩模和掩模切换装置。在一次高真空环境下镀制了渐变反射率镜的所有膜系。采用直接测量的方法,测量了高斯型渐变反射率镜反射率的径向分布。测试结果表明,用这种技术制备的样品,与设计要求基本一致。分析得出,掩模板形状与精度对镀制结果有影响。随着设计尺寸减小,掩模板对膜料分子的散射作用增强,使样品中心反射率小于设计要求,边缘出现旁瓣。提出了减小基片与掩模板之间的距离和提高膜厚监控的精度的改善方案。
光学薄膜 渐变反射率镜 渐变厚度层 高斯曲线 掩模
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
精确的光学常数对于设计和制备高品质的光学薄膜非常重要,尤其是那些光学性能对折射率变化敏感的薄膜。SiO2是一种常用的低折射率材料,因与常用基底折射率相近使其准确拟合有一定难度。实验通过离子束溅射制备了SiO2单层膜。考虑测量时的误差和基底折射率的影响,采用透射率包络和反射率包络得到了SiO2的折射率,并用所得折射率进行反演来对这两种途径在实际测量拟合过程中的准确性进行比对。分析表明,剩余反射率在实际的测量过程中误差更小,直接用测量镀膜前后基片的剩余反射率值可以更简便更准确地得到SiO2的折射率,能达到10-2的精度。
薄膜 SiO2折射率 包络法 准确拟合
1 辽宁大学物理系, 沈阳 110036
2 沈阳市光电子功能器件与检测技术重点实验室, 沈阳 110036
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
采用矢量法设计了三硼酸锂晶体上1064 nm、532 nm和355 nm三倍频增透膜,结果表明1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别为0.0017％、0.0002％和0.0013％。根据误差分析,薄膜制备时沉积速率精度控制在＋5.5％时,1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.20％、0.84％和1.89％。当材料折射率的变化控制在＋3％时,1064 nm处的剩余反射率增大为0.20％,532 nm和355 nm处分别达0.88％和0.24％。与薄膜物理厚度相比, 膜层折射率对剩余反射率的影响大。对膜系敏感层的分析表明, 在1064 nm和355 nm波长,从入射介质向基底过渡的第二层膜的厚度变化对剩余反射率的影响最大,其次是第一膜层。在532 nm波长,第一和第三膜层是该膜系的敏感层。同时发现, 由于薄膜材料的色散, 1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.15％、0.31％和1.52％。
薄膜光学 三倍频增透膜 矢量法 三硼酸锂晶体 误差分析
