1 山东大学 物理学院 物理国家级实验教学示范中心（山东大学），山东 济南 250100
2 中国海洋大学 信息科学与工程学部，山东 青岛 266100
为了研究离子与中红外晶体相互作用的机理，探索中红外晶体光波导的制备和性能，采用离子辐照技术结合精密金刚石刀切割，在MgF2晶体材料中制备了深度17.5 μm、宽度14 μm的脊形光波导。采用SRIM软件模拟了C5+离子辐照MgF2晶体的电子能量损伤和核能量损伤的过程，分析了波导的形成机理；模拟了波导的折射率变化，并对波导的近场模式进行了实验测量和理论模拟；采用热退火处理来降低波导的传输损耗，将传输损耗降低为0.4 dB/cm；微拉曼光谱证明离子辐照过程并未对MgF2晶体波导区造成较大的晶格损伤。该工作表明，离子辐照技术结合划片机精密切割是一种十分成熟的脊形波导制备手段，制备的MgF2晶体脊形光波导在中红外集成光学和光通讯领域具有广泛的应用前景。
中红外 MgF2晶体 光波导 离子辐照 mid-infrared MgF2 crystal optical waveguide ion irradiation 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220441
1 南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
2 重庆联合微电子中心 硅基光电子中心，重庆 401332
克尔光频梳具有等距分布的梳状光谱结构，在精密测量、光钟、相干光通信、微波和光学任意波产生、光谱学及天文光谱仪校准等方面有着重要的应用。首先，微腔光频梳与其他光频梳系统相比，具有集成性高、体积小、功耗低的优势，大大扩展了光频梳的应用；其次，通过超精密加工方法制备了品质因子Q值达到了4.8×107的氟化镁微腔，并且得到了干净规律、排列规则的谐振谱，自由频率范围为9.73 GHz，为产生低重复频率光频梳提供了条件；最后，根据实验结果结合Lugiato-Lefever方程分析了氟化镁微腔光频梳的产生过程，研究了泵浦功率对光频梳的影响，通过调整失谐参数得到了孤子态光频梳。并且通过色散调控优化了微腔的光场模式，为产生具有超光滑光谱的孤子光频梳创造了先决条件，提升了光频梳性能。
光学微腔 氟化镁 品质因子 光频梳 孤子 optical microresonator MgF2 quality factor optical frequency comb soliton 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210481
1 天津工业大学 材料科学与工程学院, 天津 300387
2 天津工业大学 分离膜材料与膜过程国家重点实验室, 天津 300387
3 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100086
为了减少磁控溅射法沉积MgF2薄膜的F贫乏缺陷, 在工作气体Ar2中加入SF6作为反应气体, 在石英玻璃衬底上用射频磁控溅射法制备了MgF2薄膜, 研究了溅射功率对MgF2薄膜化学成分、微观结构和光学性能的影响。结果表明, 随着溅射功率从115 W增加到220 W, F: Mg的原子比不断增加, 185 W时达到2.02, 最接近理想化学计量比2 : 1;薄膜的结晶度先提高后降低, 最后转变为非晶态; MgF2薄膜的颗粒尺寸先是有所增加, 轮廓也变得更加清晰, 最后又变得模糊。MgF2薄膜的折射率先减小后增大, 在185 W时获得最低值, 550 nm波长的折射率1.384非常接近MgF2块体晶体;镀膜玻璃在300~1100 nm范围内的透光率(以下简称薄膜透光率)先增大后减小, 185 W时达到94.99%, 比玻璃基底的透光率高出1.79%。
MgF2薄膜 F贫乏 透光率 减反射 溅射功率 磁控溅射 MgF2 thin film F deficiency transmittance antireflection sputtering power magnetron sputtering
1 太原理工大学物理与光电工程学院， 山西 太原 030024
2 太原理工大学材料科学与工程学院， 山西 太原 030024
采用密度泛函理论的第一性原理计算了不同Ag(111)/MgF2(001)薄膜界面结构的界面能，分析了薄膜界面稳定性。通过搭建Ag扩散的Ag(111)/MgF2(001)界面模型,研究了界面处Ag的扩散行为和扩散机理，分析了Ag扩散对薄膜光学性能的影响。结果表明，所建立的光滑界面模型的界面结构稳定。Ag(111)/MgF2(001)界面处的Ag扩散主要发生在表面层/次表面层，扩散的Ag与附近F，Mg之间存在弱共价键作用。Ag扩散使得薄膜光吸收增强，折射率减小；在可见光波段，折射率有较大幅度减小。
材料 薄膜 密度泛函 扩散行为 光学性质 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061601
同济大学 物理科学与工程学院 教育部先进微结构材料重点实验室， 上海 200092
采用三步热舟蒸发制作法研制了真空紫外Al/MgF2反射镜，研究了改善制备工艺有效提升反射率的方法。在两层Al/MgF2反射镜制备过程中，第一步在室温石英基板上快速蒸发厚约70 nm的铝膜; 第二步在铝膜表面迅速蒸发厚约10 nm的MgF2; 第三步先对基板加热到一定温度后，再在Al+MgF2的表面上蒸发15~20 nm厚的MgF2。通过调整基板温度(室温、100 ℃、200 ℃和300 ℃)，研究了基板温度对Al/MgF2反射率的影响。真空紫外反射率计测试结果表明: 第二步蒸镀MgF2之后增加基板温度有利于提高反射镜的反射率; MgF2薄膜的厚度对反射镜的反射率起到一定的调制作用，MgF2厚为26.7 nm的反射镜在122 nm处的反射率达85%。 在实验室环境下存放1个月和5个月后，反射镜的反射率没有变化。研究结果为真空紫外光学系统需求的高性能光学元件的研制提供了技术基础。
真空紫外反射镜 Al/MgF2反射镜 基板温度 反射率 vacuum ultraviolet mirror Al/MgF2 mirror substrate temperature reflectivity
云南师范大学 太阳能研究所,教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室,云南省农村能源工程重点实验室, 云南 昆明 650092
为了提高砷化镓(GaAs)多结太阳电池的光电转换效率, 设计了宽光谱(300 nm～1 800 nm)ZnS/Al2O3/MgF2三层减反射膜, 分析了各层的厚度及折射率对三层膜系有效反射率的影响。结果表明: 对于整个波长, ZnS厚度对有效反射率的影响要大于Al2O3和MgF2, MgF2厚度对有效反射率的影响最小; 适当减小MgF2的折射率或增加ZnS的折射率可得到更低的有效反射率。同时, 当 ZnS, Al2O3和MgF2的最优物理厚度分别为52.77 nm, 82.61 nm, 125.17 nm时, 此时最小有效反射率为2.31％。
薄膜光学 GaAs多结太阳电池 ZnS/Al2O3/MgF2三层减反射膜 有效反射率 thin film optics GaAs multi-junction solar cells ZnS/Al2O3/MgF2 three-layer antireflection coating effective reflectance
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
ArF光刻机偏振照明系统中需要采用偏振器件（沃拉斯顿棱镜），根据传统技术选用在193 nm波长透明材料设计沃拉斯顿棱镜，其分束角较小，或者分束角大时棱镜较长。为了解决这些实际问题，利用折射定律分析推导了由正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角公式，还分析推导了由两种正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角公式。经过分析比较，由两种正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角比由单一正晶体构成沃拉斯顿棱镜有较大的提高。设计了一种用于193 nm波长的分束角达到约10°的偏振分光沃拉斯顿棱镜，另外还设计了一种用于193 nm波长的仅仅输出一束线偏振光的沃拉斯顿棱镜。这两种棱镜采用两种正晶体制作，棱镜长度适中，有利于偏振照明系统装置整体的紧凑化。
光学器件 沃拉斯顿棱镜 石英晶体 氟化镁晶体 o光 e光
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海市现代光学系统重点实验室, 教育部光学仪器与系统工程中心, 上海200093
在光敏面上镀制荧光薄膜将紫外光转变为可见光, 是提高CCD和CMOS图像传感器紫外响应灵敏度的一种有效方法。 针对荧光薄膜入射界面的散射和反射损耗降低荧光发光强度的分析, 研究在荧光薄膜上镀制增透膜和阻隔膜的灵敏度增强特性。 采用真空热阻蒸发的镀膜方法分别制备了单层Lumogen荧光薄膜和MgF2/Lumogen复合膜。 利用原子力显微镜, 紫外可见近红外分光光度计, 荧光光谱仪对两种样品的表面粗糙度, 漫反射和透射光谱以及荧光发光光谱分别进行对比测试分析。 结果表明: MgF2保护层降低了表面粗糙度, 减小了入射界面的漫反射损耗, 对500～700 nm的可见波段具有明显增透作用, 也增强了Lumogen薄膜对紫外波段受激发射的荧光强度; 同时, MgF2薄膜的抗损伤及水汽隔离性能对荧光薄膜紫外响应能力具有保护作用, 为延长紫外CCD薄膜及器件的工作寿命提供了有效手段。
荧光薄膜 紫外响应 灵敏度 Fluorescent films MgF2 UV-responsive MgF2 film Sensitivity UV CCD UV CCD
