主要研究了离子束溅射制备的氧化钽薄膜在大气氛围下热处理对其光学特性的影响规律。实验中热处理温度范围的选择为150~550 ℃, 间隔为200 ℃。研究中分别采用介电常数的Cody-Lorentz色散模型和振子模型对氧化钽薄膜的能带特性(1~4 eV)和红外波段(400~4 000 cm-1)的微结构振动特性进行了表征。研究结果表明, 在150 ℃和350 ℃之间出现热处理温度转折点, 即热处理温度高于此值时消光系数增加。Urbach能量的变化与消光系数趋势相同, 而禁带宽度的变化与消光系数恰好相反。通过红外微结构振动特性分析, 薄膜中仍存在亚氧化物的化学计量缺陷。

Ta2O5薄膜是可见光到近红外波段中重要的高折射率薄膜材料之一。本文针对离子束溅射制备Ta2O5薄膜的光学带隙特性开展了实验研究工作, 基于Cody-Lorentz模型表征了薄膜的光学带隙特性, 重点针对薄膜的禁带宽度和Urbach带尾宽度与制备参数之间的相关性进行研究。研究结果表明: 在置信概率95%以上时, 对Ta2O5薄膜禁带宽度影响的制备参数, 权重大小依次为氧气流量、基板温度、离子束电压; 而对Ta2O5薄膜Urbach带尾宽度影响的制备参数, 权重大小依次为基板温度和氧气流量。对于Ta2O5薄膜在超低损耗激光薄膜和高损伤阈值激光薄膜领域内应用, 本文的研究结果给出了同步提高薄膜的禁带宽度和降低带尾宽度的重要工艺参数选择方法。

利用离子束溅射沉积技术制备了Ta2O5薄膜,在100~600 ℃的大气氛围中对其进行热处理(步进温度为100 ℃),并对热处理后样品的光学常数(折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度)、应力、晶向和表面形貌进行了研究。研究显示,随着热处理温度增加,薄膜折射率整体呈下降趋势,折射率非均匀性和物理厚度呈增加趋势,结果有效地改善了薄膜的消光系数和应力,但薄膜的晶向和表面形貌均未出现明显的变化。结果表明：热处理可以有效改变薄膜特性,但需要根据Ta2O5薄膜具体应用综合选择最优的热处理温度。本文对离子束溅射Ta2O5薄膜的热处理参数选择具有指导意义。

采用离子束溅射（IBS）方法制备了HfO2和Ta2O5两种金属氧化物薄膜, 通过测量薄膜的椭偏参数, 使用非线性最小二乘法反演计算获得薄膜的光学常数。 在拟合过程中, 采用L8（27）正交表设计了8组反演计算实验, 在初始选定Cauchy模型后, 对HfO2薄膜拟合影响最大的为表面层模型, 对Ta2O5薄膜拟合影响最大的为折射率梯度模型。 确定了不同物理模型对拟合函数MSE的影响权重和拟合过程中模型选择的次序, 按照确定的模型选择次序拟合, 最后加入弱吸收模型反演计算两种薄膜的光学常数, 反演计算的MSE相对初始MSE可下降79%和39%, 表明拟合过程模型选择物理意义明确, 具有广泛的应用价值。 在500 nm处, Ta2O5薄膜的折射率梯度大于HfO2薄膜, 而HfO2薄膜消光系数大于Ta2O5薄膜。 表明Hf金属与Ta金属相比容易氧化形成稳定的氧化物, HfO2薄膜的吸收要高于Ta2O5薄膜。

以乙醇钽[Ta(OC2H5)5]和水蒸气为前驱体，采用原子层沉积（ALD）方法分别在基板温度为250 ℃和300 ℃的K9和石英衬底上制备了Ta2O5光学薄膜。采用分光光度计、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等手段对薄膜的光学特性、微结构和表面形貌进行了研究。结果表明，用ALD方法制备的Ta2O5薄膜在刚沉积和350 ℃退火后均为无定形结构，而250 ℃温度下沉积的薄膜其表面粗糙度低，聚集密度很高，光学均匀性优，在中紫外到近红外均表现出很好的光学特性，可以作为高折射率材料很好地应用于光学薄膜中。

Ta2O5 and Nb2O5 films are deposited on BK7 glass substrates using an electron beam evaporation method and are annealed at 673 K in the air. In this letter, comparative studies of the optical transmittance, microstructure, chemical composition, optical absorption, and laser-induced damage threshold (LIDT) of the two films are conducted. Findings indicate that the substoichiometric defect is very harmful to the laser damage resistance of Ta2O5 and Nb2O5 films. The decrease of absorption improves the LIDT in films deposited by the same material. However, although the absorption of the Ta2O5 single layer is less than that of the Nb2O5 single layer, the LIDT of the former is lower than that of the latter. High-reflective (HR) coatings have a higher LIDT than single layers due to the thermal dissipation of the SiO2 layers and the decreased electric field intensity (EFI). In addition, the Nb2O5 HR coating achieves the highest LIDT at 25.6 J/cm2 in both single layers and HR coatings.

以Ta2O5为初始膜料, 采用电子束蒸发制备了Ta2O5薄膜, 以空气和氩气分别作退火保护气氛, 以X射线粉末衍射仪(XRD)为测试手段研究了退火后薄膜的结构, 用分光光度计测试了薄膜在可见光及近红外波段的透射率, 利用透射率极小值计算了几个典型波段的折射率。研究了保温时间、保温温度、保护气氛对Ta2O5薄膜透射率和折射率的影响。试验结果表明, 对Ta2O5薄膜进行300～600 ℃下保温2 h的退火处理, 对透射率影响不大; 500 ℃下保温4 h退火处理获得的薄膜折射率最大; 对Ta2O5薄膜进行氩气保护中400 ℃下保温2 h,4 h的退火处理, 近紫外波段内的透射率峰值降低, 可见光波段的透射率峰值升高, 折射率提高。与空气中处理的试样相比较, 氩气保护中试样的透射光谱发生红移, 折射率明显提高; Ta2O5薄膜在≤600 ℃下退火后仍为非晶态。

Ta2O5 films are prepared on BK7 substrates with conventional electron beam evaporation deposition. The effects of SiO2 protective layers and annealing on the laser-induced damage threshold (LIDT) of the films are investigated. The results show that SiO2 protective layers exert little influence on the electric field intensity (EFI) distribution, microstructure and microdefect density but increase the absorption slightly. Annealing is effective on decreasing the microdefect density and the absorption of the films. Both SiO2 protective layers and annealing are beneficial to the damage resistance of the films and the latter is more effective to improve the LIDT. Moreover, the maximal LIDT of Ta2O5 films is achieved by the combination of SiO2 protective layers and annealing.

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响, 并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明, 蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移, 且随着膜厚增加而逐渐发生红移; 当液体折射率n0处于1.333～1.388之间时, 蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit); 通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域, 实现了对光波信号的连续调制。