低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪Ⅲ型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05μm光谱高效透射,1.35~13μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度(LPS)。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。

深空探测超宽光谱定标黑体源研制

针对深空探测超宽光谱定标黑体源的关键技术问题,构建了一种基于优化微结构和纳米超黑涂层的深空探测星上黑体定标源。基于有限元方法仿真,验证了微锥结构不同宽高比与黑体发射率间的对应关系,确定了周期性线阵V槽结构相对于平面结构在黑体发射率方面的提升作用。优化星上黑体源高发射率微结构,优选空间超黑高发射涂层,设计星上黑体源高精度测温系统,进而完成黑体源工程设计。最后,通过星上黑体源发射率计量及实验室辐射定标稳定性测试进行验证。检测结果表明,深空探测超宽光谱定标黑体源具有超宽光谱范围、高发射率、高温度稳定性等特点,其光谱范围为5~50μm,法向平均发射率为0.986,温度稳定性达到0.16 K。该定标黑体源可大幅提升高发射率辐射定标源的光谱范围,为深空探测载荷的在轨高精度星上辐射定标提供支撑。

0.2 μm~20 μm超宽光谱超材料吸波结构设计与仿真

为了实现对从紫外到红外超宽光学谱段辐射的高效吸收,设计了0.2 μm~20 μm波长范围内高吸收效率的超材料吸波结构。采用超宽带分区设置、5分离层结构优化设计、非均匀采样等方法获得了3尺度5分离层超材料吸波结构的等效谐振电路参数,确定了各分离层结构参数,分析讨论了吸波性能。仿真实验结果表明:超材料吸波结构总厚度约3.14 μm,在0.2 μm~20 μm波长范围内吸收效率优于89%,有效吸波带宽比接近100%,满足超宽光谱超材料吸波结构波长范围和吸收效率约束。设计方法在超宽带频率范围内可实现一致性连续吸波结构设计,各分区吸波带宽比预期带宽拓展约45.26%,整体吸收带宽比预期带宽拓展约81.57%,吸收效率优于80%的有效吸收带宽比约85.11%,适用于超宽光谱探测与对抗隐身。

超宽光谱成像系统的实践应用及思考

利用超宽光谱技术搜索、发现、固定和提取各类犯罪现场的手印、足迹等痕迹物证和各类生物物证,已经成为案(事)件现场勘查的一个有力的技术手段,同时也助推了智慧新刑技的建设和发展。研究以CSI-3999型超宽光谱物证搜索摄录系统为例,介绍应用实例,为智慧新刑技的建设和应用提供思路。

YbF_(3)和YF_(3)薄膜在0.4~14μm超宽光谱内光学常数反演

为了获得红外低折射率材料的光学常数,采用电子束热蒸发技术在多光谱硫化锌基底上以不同的基底温度分别制备了单层氟化钇(YF_(3))和氟化镱(YbF_(3))薄膜。通过分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪分别测试其在可见至远红外波段的透射率光谱曲线,使用包络法和色散模型拟合相结合的方法对其在可见至红外波段的光学常数进行了反演,得到了其在0.4~14μm波段内的折射率与消光系数。采用椭偏测试结果验证了YF_(3)和YbF_(3)薄膜在0.4~1.6μm波段内的光学常数正确性;将拟合得到的光学常数代入TFCalc膜系设计软件,计算得到的单层薄膜的透射率光谱曲线与实测的光谱曲线吻合较好。实验结果表明,该方法获得的在超宽光谱0.4~14μm范围内的光学常数准确、可靠。

生物基底材料的超宽频带太赫兹光谱研究

作为一种新兴的方式,太赫兹时域光谱和成像已经被广泛应用到研究不同生物组织的光学特性。在空气等离子体处施加偏置电场对太赫兹波脉冲进行外差式相干检测(air-biased-coherent-detection,ABCD)的太赫兹系统具有超宽频带和可以在较远距离进行成像的优点,十分适用于对生物组织进行超宽谱研究,而对生物组织进行光谱测量通常需要基底材料。利用太赫兹ABCD系统对四种典型的基底材料(石英,高密度聚乙烯,聚四氟乙烯和石蜡)的光学参数进行测定,并计算其在1~15THz频率范围内的吸收系数和折射率。结果表明,高密度聚乙烯和石蜡可以很好的被用作生物组织超宽频带太赫兹光谱测量的基底材料。同时,虽然石英和聚四氟乙烯都是窄带(0.1~3THz)太赫兹系统中常用的基底材料,但是由于它们在高于5THz的频率范围内对太赫兹波具有较强的吸收,所以不能用作超宽频带太赫兹光谱测量的基底材料。

外差式相干探测时域光谱仪对磷化铟(InP)晶片的超宽频带太赫兹光谱的探测

磷化铟（InP）属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,在毫米波的应用中展示出了高性能,在非线性太赫兹器件应用上具有很大的潜力。以前关于InP的研究主要集中于太赫兹频率在0.1~4THz的频率范围内,在4~10THz频率范围内InP的太赫兹光学数据还是空白。该研究利用空气等离子体相干探测太赫兹波的时域光谱系统研究了无掺杂的InP晶片在超宽THz频率范围（0.5~18THz）内的光学特性,实验中用电离的空气作为太赫兹的发射器和探测器,利用可以调制的局部偏压诱导二次谐波产生,使在气体中太赫兹波的相干探测成为可能,明显提高了系统的动态范围和灵敏度。产生的太赫兹频谱宽度主要被激光脉冲持续时间所限制,太赫兹脉冲通过InP晶片后相对于参考脉冲会延迟,同时振幅会降低。另外,太赫兹信号的频谱振幅在6.7~12.1THz范围内下降到本底噪声。同时还可以看出InP晶片在6.7~12.1THz频率范围内不透光,在0.8~6.7THz以及12.1~18THz频率范围内InP的吸收系数相对较低,特别是在15~17.5THz范围内吸收系数很低并且保持相对稳定,与此同时它的折射率单调增加。这些发现将有助于基于InP晶片的非线性太赫兹器件设计。

超宽波段透射式中继镜头设计

瞄准镜、高温炉内窥镜、复印镜头、大倍率变焦系统等光学系统中,通常采用中继系统实现系统的延长、转向和系统出入瞳的匹配等等。本文探索了一种实现超宽带宽中继光学系统的像差矫正要求、玻璃选择方法以及设计结果,完成了超宽波段中继光学系统的设计,Zemax的设计结果表明,在工作波段0.4~1.7μm,物方NA=0.2,视场为10 mm的要求内,系统的MTF接近于衍射极限,轴向色差小于40μm,成像质量较好。

ITO薄膜的电阻并联效应研究

采用电子束蒸发镀膜方法在K9玻璃基底上分别镀制了ITO/SiO2/ITO,ITO/Ti2O3/ITO和ITO/MgF2/ITO结构的多层薄膜,用四探针方块电阻仪测量薄膜表面的方块电阻,用原子力显微镜观测样品的表面微观形貌。结果显示,当ITO薄膜的粗糙度较大且介质薄膜的物理厚度小于100nm时,各层ITO薄膜之间通过山峰状的凸起结构相连通,导致样片表面的方块电阻测量值与各层ITO薄膜电阻的并联值相当。这表明,当ITO薄膜的粗糙度较大且介质薄膜厚度较小时,各层ITO薄膜表现出电阻并联效应。利用多层ITO薄膜的电阻并联效应设计并制备了450~1 200nm超宽光谱透明导电薄膜,用四探针方块电阻仪测量了试验样片的表面方块电阻,用紫外-可见-近红外分光光度计测试了样片的光谱透射率。结果显示,在相同表面方块电阻条件下,相比于单层ITO薄膜,利用ITO薄膜电阻并联效应所制备的多层透明导电薄膜具有更高的光谱透射率。

面向光纤激光的近红外超宽带波长测量

提出一种基于迈克尔逊干涉仪原理的面向0.8~2.4μm波段近红外超宽带单频光纤激光的小型化高精度波长快速测量技术。该技术所涉及的光学组件均适用于0.8~2.4μm近红外波段,伺服电机平移台的最大行程为50 mm,基于双折叠光路设计可产生4倍于平移台行程的光程差,由高速采集卡配合LabVIEW上位机程序采集处理信号,实现了该技术的小型化、高精度及快速测量。提出采样数等效分辨率法以简化波长分辨率的设计,确定波长分辨率仅与信号采样数有直接数值对应关系,其余参数均以采样数为基准进行自由调整。选用0.8,1.06,1.55,1.94和2.05μm 5种典型波段的单频激光器做波长测量实验,并与商用高精度波长计测量结果比较。实验结果表明:采样数等效分辨率法单次测量耗时1.5 s,测量精度分别为±1.4,±1.1,±1.2,±1.2和±1.3 pm,波长分辨率符合理论值0.2×10^(-6)。该小型化波长测量技术能够实现0.8~2.4μm全波段近红外光源的高精度快速测量。

用于产生太赫超宽边带光谱的新型电／光调制器

报道了利用周期性的极性反转技术制作准速度匹配型电／光调制器，并以这种调制器产生超宽边带光谱的结果。电光晶体ＬｉＴａＯ３的极性分布周期反转之后，在１６．２５ＧＨｚ的调制频率下，实现了微波与光波的准速度匹配，可以不局限于调制频率的高低，从而在增加相互作用长度的前提下充分提高调制效率，调制度已达到５７ｒａｄ，产生的宽边带光谱的半值全宽为１．８５ＴＨｚ。

Effect of Initial Frequency Chirp on Supercontinuum Generation in Dispersion-flattened Fibers

Supercontinuum generation in dispersion-flattened fibers is studied theoretically. It is found that the flat spectral width of the supereontinuum generation in normal dispersion-flattened fiber can be increased from 66 nm to over 100 nm when the absolute value of the initial frequency chirps is increased from zero to 10. It is further found that initial frequency chirps are adverse to flat and wideband supercontinuum generation in anomalous dispersion-flattened fiber, and when the absolute value of the frequency chirps is increased to a certain degree, supercontinuum spectrum even can not be achieved.