高光谱性能光学薄膜是国家重大光学工程、光电子产业的基石。为了提高光学薄膜的光学性能并开发精确制备技术，现有研究主要围绕设计理念、监控技术和薄膜材料等方面展开。目前，薄膜技术已经取得了长足进步，能实现高光谱性能光学薄膜的鲁棒性设计，多种基于高光谱性能光学薄膜的精确制备技术相继被提出。从薄膜设计、精确制备技术以及薄膜材料几方面出发，本文对现代高光谱性能光学薄膜研究进行了回顾和讨论，并对高性能光学薄膜潜在的挑战和进一步研究方向进行了展望。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2591
天津理工大学功能晶体研究院天津市功能晶体材料重点实验室，天津 300384
自倍频激光晶体同时具有激光及非线性光学性质，可在单个晶体器件中完成激光和倍频过程。该类晶体制备的激光器具备结构简单、体积小、稳定性好等优点，可满足现代化信息社会对高集成光电器件的要求。晶体镀膜是激光晶体得以应用的重要环节。依据Yb∶La2CaB10O19(Yb∶LCB)晶体特性、技术参数及光学薄膜设计理论，选择Ta2O5和SiO2分别作为高、低折射率材料，利用OptiLayer和Zygo干涉仪表征薄膜的光学性能和表面粗糙度，分析了离子源偏压对折射率和表面粗糙度的影响规律，并确定了离子源参数。采用光学监控和石英晶控相结合的方式，精准控制各膜层厚度，降低薄膜厚度的监控误差。测试结果表明，制备的Yb∶LCB晶体器件成功应用于590 nm激光输出系统。
材料 薄膜 自倍频晶体 离子辅助沉积 光学监控 中国激光
2022, 49(11): 1103002
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
二氧化硅(SiO2)是一种重要的光学薄膜材料，通常采用电子束蒸发辅以离子束轰击的方式沉积，但在某些情况下，不能借用氧离子束的轰击。着重研究了不同沉积温度下无离子源辅助制备的二氧化硅薄膜的光学特性。通过直接在线的光学监控方式，获得薄膜生长过程的透射率曲线，并得到薄膜在真空中的折射率。采用真空在线光谱扫描和大气中离线的光谱扫描，结合光度法拟合得到薄膜折射率。结果表明由于基片温度的变化，二氧化硅薄膜的折射率会随着薄膜的厚度而改变，随着沉积温度的升高而变大，折射率值在1.34~1.41之间。
薄膜 二氧化硅 光学监控 光学特性 沉积温度 光学学报
2014, 34(s2): s231001
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
采用琼斯矩阵进行系统偏振分析，提出了一种基于全内反射的偏振相位差快速测量方法。采用光学薄膜特征矩阵理论对薄膜进行光学特性分析，导出了通过测量全内反射偏振相位差以获取体材料折射率以及膜层厚度的关系式。实验采用该方法获得了K9玻璃的色散曲线，分析了其膜层厚度的监控灵敏度，并与透射率监控方式进行比较。研究结果表明：采用该方法获得的K9玻璃色散曲线与标准曲线非常吻合；该方法相较于透射率监控具有更高的厚度监控灵敏度和折射率测量精度。
薄膜 光学监控 偏振相位差 全内反射 快速测量 光学学报
2013, 33(s2): s231001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of High Power Laser Materials, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The optical performance of thin film polarizers is highly sensitive to the layer thicknesses of thin film. The thicknesses of the sensitive layers are optimized in order to gain broader polarizing zone in such case when the total layer thickness does not increase. An automatic layer thickness control system is established, and errors caused by different monitoring methods are analyzed. With this thickness control system, thin-film polarizers with Tp higher than 98% and Tp/Ts higher than 200:1 (Tp and Ts are transmissions for p- and s-polarizations, respectively) with the bandwidth of 11 nm are prepared. Using the system allows for optimum repeatability of three successive runs.
偏振 石英晶体监控法 光学监控法 膜厚自动控制 310.1860 Deposition and fabrication 310.6860 Thin films, optical properties Chinese Optics Letters
2010, 8(6): 624
1 西南科技大学 信息工程学院，绵阳 621002
2 西南技术物理研究所，成都 610041
3 四川大学 电子信息学院，成都 610064
为了解决光学膜厚监控系统中经锁相放大输出的监控信号精度较低、极值点附近变化不灵敏等问题，采用卡尔曼滤波(KF)对光学膜厚监控信号进行处理，建立了针对非线性光学监控系统的扩展KF模型，模型输出包括监控信号和导数信号。仿真分析首先利用TFCalc软件生成4层增透膜理想监控曲线，加入高斯噪声后，信噪比为15dB，通过卡尔曼滤波处理后监控信号信噪比改善达16dB且实时动态跟踪特性良好，延时小于1s；利用平均值滤波处理KF输出导数信号，提前预判读获取导数过零点对应膜厚。同时通过对比TFCalc理想监控曲线极值点坐标和预判导数信号过零点坐标，得到理论膜厚误差小于4nm。此项研究提高了膜厚检测的准确性。
薄膜 卡尔曼滤波 光学监控 信噪比 thin films Kalman filter optical monitor system signal-to-noise ratio(SNR)
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
介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明:利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.
光学薄膜 自动控制 光学监控 规整膜系 非规整膜系
1 西南科技大学信息工程学院,四川,绵阳,621002
2 西南技术物理研究所,四川,成都,610041
3 四川大学电子信息学院,四川,成都,610064
针对光学监控系统(OMS)实际工作环境的复杂性,导致监控信号中存在不稳定量测噪声,采用基于遗忘因子的自适应卡尔曼滤波(AKF)对光学膜厚监控信号进行去噪处理.建立了针对非线性OMS的AKF模型,仿真分析中针对存在突变信噪比(SNR)的输入信号设置相应AKF初始参数使滤波性能达到最优.结果表明自AKF输出监控信号精度明显优于常规卡尔曼滤波;同时利用AKF输出监控信号判读反射率极值点对应膜厚,最终理论膜厚监控误差＜2nm.
薄膜 自适应卡尔曼滤波(AKF) 光学监控系统 信噪比
分析了膜系设计中的膜层结构选择性优化方法,阐述了用光电极值法控制非λ/4膜系的膜厚的方法一计算出沉积每一层具有极值的波长,然后根据此波长,给出一定的过正量进行膜厚模拟,最后确定每一层的监控波长.利用这种方法可以提高膜系厚度的控制精度.该文介绍了自主开发膜系设计软件的部分功能,并利用该软件设计并镀制出1060nm的激光析光膜.
结构选择性优化设计 极值法 过正控制量 光学监控沉积仿真 selective-optimizing design turning point monitoring overshoot deposition simulation optical monitoring
