Optical facet coatings for high-performance LWIR quantum cascade lasers atλ∼8.5μm

We report on the performance improvement of long-wave infrared quantum cascade lasers(LWIR QCLs)by studying and optimizing the anti-reflection(AR)optical facet coating.Compared to the Al2O3 AR coat⁃ing,the Y_(2)O_(3)AR coating exhibits higher catastrophic optical mirror damage(COMD)level,and the optical facet coatings of both material systems have no beam steering effect.A 3-mm-long,9.5-μm-wide buried-heterostruc⁃ture(BH)LWIR QCL ofλ~8.5μm with Y_(2)O_(3)metallic high-reflection(HR)and AR of~0.2%reflectivity coating demonstrates a maximum pulsed peak power of 2.19 W at 298 K,which is 149%higher than that of the uncoated device.For continuous-wave(CW)operation,by optimizing the reflectivity of the Y_(2)O_(3)AR coating,the maximum output power reaches 0.73 W,which is 91%higher than that of the uncoated device.

红外光学薄膜材料光学常量计算和在宽带增透膜中的应用

使用经典洛伦兹谐振子模型对热蒸发制备的锗、硫化锌以及低吸收稀土氟化物薄膜的红外透射光谱进行拟合,得出这些材料在中长波红外区的光学常量.使用这三种材料设计并制备了锗窗口7.7～15μm宽带增透膜系,通过优化设计并且使用长波红外区吸收小的低折射率材料,在长波区(13～15μm)的透过率测量值有明显提高,15μm处的透过率为89.9%.

硫化锌基底可见-红外多波段的光学薄膜

由于硫化锌（ZnS）晶体透光区域较宽,常被用于多波段可见与红外光学系统中。介绍了在ZnS基底上制备的多波段光学薄膜,在400-700nm的可见波段及8-12μm的中长波红外波段实现高透射率,在1064nm及1540nm两点实现高反射率,其入射角度为45°。选取了ZnS和YbF3作为高低折射率材料,设计并通过软件优化出合理的膜系,采用电子枪离子辅助沉积系统进行镀制。该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求。这对于红外光学系统的应用具有极其重要的意义。

用热应力法研究二氧化碲晶体表面连接层材料的特性

以声光晶体TeO_2为衬底,设计并研制了1 300~3 400nm波段超宽带减反射膜.从薄膜热应力理论出发,建立膜层热应力受力示意图,结合TeO_2晶体的特性和力矩判定方法,采用解析法逆向计算分析薄膜材料的热膨胀系数及杨氏模量.实验验证表明：所制备的膜层附着力在1300~3400nm波段平均透过率为96.8%;在相同工艺条件下,采用连接层所制备的薄膜附着力更好,可以解决脱膜问题,满足相应的附着力检测要求.

光谱探测中的超宽带减反射膜

设计并研制了基于声光晶体的1 300-3 400nm波段超宽带减反射膜.运用电子束真空沉积系统,采用双材料共蒸发技术,解决了膜系设计时所需材料的折射率匹配和相应波段膜层吸收的问题,吸收在工作波段减少到0.7%.在共蒸发过程中,先沉积蒸发速率不稳定的材料,待蒸发速率稳定后,同时沉积另一种蒸发速率较稳定的材料,可提高共蒸发时两种材料的质量配比准确度从而获得所需要的折射率.制备的薄膜在所需波段平均透射率大于96%,薄膜满足相应的环境检测要求.

碳化锗双层膜作为增透保护膜的制备及性能

利用磁控溅射方法在ZnS基底上设计并制备了一种Ge1-xCx双层膜,研究发现双面镀Ge1-xCx双层膜后,ZnS基底在8～11.5μm远红外波段的平均透过率提高了9.5%,硬度提高了近3倍,而且该双层膜还具有良好的热稳定性和耐热冲击能力。研究结果表明,此Ge1-xCx双层膜是一种高效的ZnS红外窗口增透保护膜。

离子束辅助沉积红外增透薄膜工艺

光纤接入网络的快速发展对光纤传输的光学性能方面提出了严格的要求。文中阐述了电子束离子辅助沉积系统在室温下镀制光纤端面近红外1520nm～1580nm范围增透膜的应用。讨论了膜料的选择、膜系的设计以及镀制过程中光学监控的工艺参数,制备出了光学性能较好的薄膜。

霍尔离子源辅助制备长波红外碳化锗增透膜

为了提高锗基底的透过率和环境适应性,镀制了增透保护膜。应用电子枪蒸发加霍尔离子源辅助的方法沉积了碳化锗(Ge1-xCx)薄膜。通过固定霍尔离子源参数,控制沉积速率的工艺得到了不同光学常数的碳化锗薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明,所制备的碳化锗薄膜在不同的沉积速率下均为无定形结构。采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪测量了试片的透过率,使用包络法获得了相应工艺条件下的光学常数。在锗基底上双面镀制碳化锗增透膜后,长波红外7.5～11.5μm波段的平均透过率Tave>85%。经过环境实验之后的碳化锗膜层完好,证明碳化锗增透膜具有良好的环境适应性。

基于洛伦兹模型的红外薄膜材料光学常数拟合及应用

在中长波红外区域,通常使用的镀膜材料都存在相当大的色散和一定的吸收。就目前的测试技术来说,确定这些材料的色散和吸收相当困难。试验基于洛伦兹谐振子模型对热蒸发制备的锗、硫化锌以及稀土氟化物薄膜的红外透射光谱进行拟合,得出这些材料在中长波红外区的光学常数。使用锗、硫化锌和稀土氟化物分别作为高折射率层(H)、中间折射率层(M)和低折射率层(L),设计并制备了从6.8μm^15μm的锗窗口宽带增透膜系,测量结果完全可以满足光机系统的要求。

金刚石薄膜的双波段红外光学性能研究

本文针对红外光学材料对宽波段透过的要求,采用HFCVD法在硅基体上制备了红外增透的金刚石薄膜。设计了高红外透过率的膜系结构,探讨了基体处理方式、单面、双面涂层工艺和厚度对红外透过率的影响,并给出了相关的光谱测试结果和金刚石薄膜的微观形貌、结构表征。结果表明:双面涂层金刚石薄膜工艺具有优异的双波段红外性能,在3.0～5.0μm波段的最大红外透过率达到80%,接近于理论值;在8.0～14.0μm波段的最大增透率达18%,最大红外透过率达65%,与天然金刚石的透过率接近。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。

ZnS陶瓷红外增透膜研究

本文讨论了ZnS陶瓷材料两个波段 (3- 5 μm和 8- 12 μm)的透过特性 ,采用非λ/4系的双层膜系设计 ,并优化了膜系设计方案 ,编制了相应的计算程序 ,在此基础上计算出符合要求的双层膜系的参数 ,并以ZnS为基片制备了双层双面镀膜样品。测试结果红外 (3- 5 μm和 8-12 μm)透过率超过 70 %。

可见近红外波段碲镉汞材料光学常数测定与宽谱增透设计

将碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)红外焦平面器件衬底去除后,其响应波段可拓展到可见光波段,在高光谱成像应用中可显著减小系统的尺寸和重量,对光电探测系统的小型化和微型化具有重要实用价值.而明确碲镉汞材料在可见近红外波段的光学常数,对碲镉汞器件在这一响应波段的性能研究具有重要意义.分别测量了不同组分碲镉汞材料的椭圆偏振光谱,拟合得到了其在400~1 600 nm波段范围内的光学常数值,并利用反射光谱对获得的光学常数进行了验证.采用这些碲镉汞外延材料光学常数测量值,并选用Zn S和YF3分别作为高低折射率的增透膜材料,针对不同响应波段的背入射可见近红外碲镉汞焦平面器件,设计了不同的宽谱增透膜系,响应波段范围内的平均透过率高于90%.

离子束辅助沉积钼酸铅晶体表面红外增透膜

由于钼酸铅晶体具有优异的机械特性、光学特性及较高的声光品质因数,故采用离子束辅助沉积技术,在钼酸铅晶体表面制备了宽带红外增透膜。文章简单介绍了镀膜设备的改造特点,并对整个工艺过程进行了分析研究。试验表明所镀膜层的光学特性及膜层品质大大提高,在光纤通信领域具有广阔的应用前景。

双波段红外光纤增透膜的研究

介绍了双波段 ( 3～ 5μm和 8～ 1 2 μm)红外光纤端面镀增透膜的重要性及其研制过程。

红外增透薄膜新进展述评

本文综述了红外增透薄膜研究的一些新进展,其中包括宽带增透薄膜的多种设计和制备方法及具有优异性能的增透膜新材料的研究。

离子源辅助红外探测器窗口减反膜的制备

硫化锌(ZnS)作为红外探测器窗口广泛地应用于红外技术中,为了提高ZnS在7～12μm使用波段的光学透过率和机械强度,选择YF3和YbF3两种红外低折射率膜料分别与ZnS进行匹配,设计并在离子源的辅助下制备出了两种该波段的红外减反膜,并进行了性能的对比。结果显示两种膜系在要求范围内都达到了平均90%的光学透过率,但是YF3-ZnS减反膜的机械强度相比YbF3-ZnS减反膜较差。

IAD技术在钼酸铅晶体表面镀膜中的应用

讨论了离子束辅助沉积技术在真空沉积过程中的应用原理。通过与常规的热蒸发工艺镀制的膜层相比较 ,证实了离子束辅助沉积技术有助于提高钼酸铅晶体表面红外增透膜的膜层品质及中心波长位置的精确度。

硒化锌基底多波段红外增透膜的研究

为了满足光电设备窗口片的使用要求,设计了一种以硒化锌为基底的多波段红外增透膜。为了达到多波段增透的目的,选取硫化锌、氟化镱分别作为高、低折射率材料,在硒化锌基底前后表面镀制相同的多波段红外增透膜。最终实现0.808μm、0.880μm、0.915μm处透过率在91%以上,3.7~4.8μm和10.6μm处透过率在95%以上,并且膜层具有良好耐环境适应性。

双波段激光防护红外减反膜的研制

针对军用光电仪器对激光致盲武器的防护要求,选取Si和YbF3,ZnS和YbF3两种高低折射率组合形式研制了激光防护减反膜。在多光谱ZnS基底上,采用电子束及离子辅助沉积技术,制备了能够对532 nm和1064 nm激光进行有效防护,同时对3~5μm的波段具有高透射率的薄膜。对Si膜的电子束沉积工艺进行了研究;对YbF3在不同的材料组合中的沉积工艺进行了优化;解决了膜层与基底之间的粘附性问题。该薄膜集探测用减反器件和防护器件于一体,可以使星载、机载等光电仪器的结构得到简化;光谱分析和环境测试的结果表明,各项指标满足使用要求。

锗窗口红外宽光谱增透膜的研制

红外宽光谱增透膜作为红外光学系统中的关键元件,其研究是一项比较复杂而备受重视的工作。针对风云二号辐射计锗窗口的宽光谱增透膜的要求,通过对镀膜材料在既定工艺条件下的光学参数的准确拟合,采用非对称等效层理论,并将材料光学参数拟合值代入到膜系的优化过程中,从而得到能够与实际情况接近的理论设计膜系。经过工艺优化后,研制出的宽光谱增透膜在要求的3.5～4.0μm,6.3～7.6μm,10.3～11.3μm三个通道的平均透射率均大于96%,而11.5～12.5μm通道的平均透射率大于94%。膜层能够经受住浸泡、高温高湿等一系列环模试验的检验,完全满足项目的使用要求。