反射镜的污染

关键词： 反射

反射镜的污染（精选三篇）

反射镜的污染 篇1

反射镜面有中心介质高反射膜和外围金属反射膜2个区域,中心介质高反射膜用于1.06 μm波段激光的反射,外围金属反射膜用于3～5 μm红外光的反射.赵印中等进行了通过磁控溅射法制备高反射铝膜,并分析了镀膜参数对铝膜反射率影响的工作[1].以薄膜原理为基础,通过Essential Macleod软件进行膜系设计,利用电子束加热蒸发的镀膜方式,设计工装分2次镀制膜层,并通过工艺调试,制备膜层的性能最终满足部件性能技术要求,实现了平面反射镜膜层的制备.

1 膜系原理分析和设计

针对平面反射镜面的金属反射膜和介质反射膜,根据光学薄膜理论,通过Essential Macleod软件进行设计,以获得满足光谱性能需要的膜系结构.

1.1 金属反射膜

金属的复折射率可写为n-ik.光在空气中垂直入射时,反射率为

$R=\left|\frac{1-(n-ik)}{1+(n-ik)}\right|{}^2=\frac{(1-n){}^2+k{}^2}{(1+n){}^2+k{}^2}(1)$

如果在金属反射膜上镀以折射率为n1和n2的两层λ0/4厚度的介质膜,并且n2紧贴金属,那么在垂直入射时,波长λ0的导纳为

$Y=\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^2(n-ik)(2)$

其反射率为

$\begin{array}{l}R=\left|\frac{1-\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^2(n-ik)}{1+\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^2(n-ik)}\right|{}^2=\\ \frac{\left[1-\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^{2}n\right]{}^2+\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^{4}k{}^2}{\left[1+\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^{2}n\right]{}^2+\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^{4}k{}^2}(3)\end{array}$

在$\left(\frac{n{}_1}{n{}_2}\right){}^2＞1$时,式(3)给出的反射率大于纯金属的反射率.比值$\frac{n{}_1}{n{}_2}$愈高,则反射率的增加愈高[2].

桑利军等在有机玻璃基材表面电子束蒸镀铬-铝-二氧化硅薄膜,并验证了在合适的工艺参数下制备附着力好、耐腐蚀的高反射铝膜的可行性[3].反射镜的金属膜层在3～5 μm较宽波段需要具有较高反射率,且膜层性能稳定,并且与玻璃基板结合力较好.国内Al膜镀制工艺已较成熟,首先通过成熟工艺在基片表面镀制70～80 nm的Al膜后,再镀制一层厚度为λ0/2的SiO2保护膜层.镀制Al膜的玻璃基片在3～5 μm波段内平均反射率达到96%.

1.2 多层介质高反射膜

由薄膜原理可知,当折射率为ng的基片上镀以光学厚度为λ0/4的高折射率(n1)膜层后,由于空气/膜层和膜层/基片界面的反射光同位相,是反射率大大增加.对于中心波长λ0,单层膜和基片组合的导纳为n${}_1^2$/ng,垂直入射的反射率为

$R=\left(\frac{n{}_0-n{}_1^2/n{}_g}{n{}_0+n{}_1^2/n{}_g}\right){}^2(4)$

用高、低折射率交替的,每层厚的介质多层膜能够得到更高的反射率.如果nH和nL是高、低折射率层的折射率,并使介质膜系两边的最外层为高折射率,其每层的厚度均为λ0/4,则对于中心波长有

$Y=\left(\frac{n{}_{{\rm H}}}{n{}_L}\right){}^{2S}\frac{n{}_{{\rm H}}^2}{n{}_g}(5)$

式中,ng是基片的折射率,2S+1是多层膜的层数.在空气中垂直入射时,中心波长λ0的反射率,也即最大值反射率为[2]

$R=\left[\frac{1-(n{}_{{\rm H}}/n{}_L){}^{2S}(n{}_{{\rm H}}^2/n{}_g)}{1+(n{}_{{\rm H}}/n{}_L){}^{2S}(n{}_{{\rm H}}^2/n{}_g)}\right]{}^2(6)$

反射镜中心区域介质高反射膜层用于1.06 μm波段较高能量激光的反射,不但要求设计出来的膜系对1.06 μm具有高反特性,而且需要能够在激光多次辐射下不允许有脱落、损伤等问题出现.文献[4]和文献[5]提供了高损伤阈值激光反射镜膜系的设计方法.在膜系设计中,膜料采用耐受激光辐射的ZrO2(n=2.03)和SiO2(n=1.45),在基片外依次增加λ0/4厚度的高、低折射率层,经过5个周期后,增加λ0/4厚度的高折射率层,考虑到最外膜层区域激光辐射能量强且吸收最大,因此最外层以厚度为λ0/2的SiO2层结束,以减少激光对其余膜层区域的损伤.膜系结构为G/(0.130H0.183L)50.130H0.367L/Air,利用膜系软件对介质高反射膜系进行了分析,在1.06 μm波长处的反射率为95.2%.

2 膜层的制备

2.1 前期准备

在前期准备阶段,设计加工镀膜工装,以解决镀膜过程中的非镀膜区域的遮挡问题,实现对反射镜面内、外两部分区域膜层分2次进行镀制的目的.镀膜工装分两部分,镜面外围区域的遮挡工件采用Al板机械加工而成,中心区域的遮挡片用制作,采用耐高温胶粘合到该区域以实现防护.镀膜前对反射镜面使用乙醚溶液进行擦拭,以保证表面清洁.

2.2 介质高反射膜层的制备

吕立冬等设计了用于大尺寸镜面镀膜的热蒸发沉积系统[6].文中所采用的镀膜设备为北京科学仪器有限公司生产的具有机械泵+分子泵系统、行星转动装置、辅助离子源、光学膜厚监控仪的电子枪加热蒸发镀膜设备.将镀件固定到机械工装上面后,置于镀膜腔内.镀膜前进行必要的离子束清洗,离子清洗可有效去除二次污染、增加样件表面结合能、控制表面粗糙度和表面形貌,能够有效改善样件的表面性质.按照工艺流程进行薄膜制备,工艺参数如表1所示.

2.3 金属反射膜层的制备

将聚四氟乙烯挡片用高温胶粘合在镜面中心已制备的介质高反射膜层区域上,进行表面清洗和离子轰击工序后,进行铝膜的制备,铝膜厚度控制在70～80 nm,蒸发速率为75 nm/s,加热温度低于50℃.膜层镀制结束后,将样件取出,采用丙酮将高温胶溶解,去掉聚四氟乙烯挡片,并对表面残留物清洗干净.

3 膜层质量分析讨论

平面反射镜面光学薄膜制备后,依据规范,从技术指标和环境适应性两方面对膜层的质量进行分析评价工作.

3.1 薄膜技术指标检测

利用激光辐射器和激光能量计等器件对介质膜层抗激光损伤特性进行检测,介质膜层经受光斑直径不大于10 mm、能量不小于300 mJ、10 Hz频率的激光辐射3 min后,膜层无损伤、脱膜等现象,光谱特性无明显变化.膜层的光谱测试曲线分别见图1和图2,介质高反膜层在1.064 μm波长处的反射率达到95%,金属铝反射膜层在3～5 μm波段内的平均反射率超过95%.

3.2 薄膜环境适应性检测

对膜层进行了温度、湿热、清擦性、耐溶性和水溶性环境适应性的检测,膜层经过环境适应性检测后,膜层质量能够满足试验通过的判定条件,说明反射镜膜层通过了环境适应性检测,具有较优异的耐受环境的性能.

4 结 论

介绍了反射镜膜层的设计、制备和检测的相关工作.利用电子束加热蒸发的方法制备了镜面中心区域的介质ZrO2-SiO2高反射膜层和外围区域的金属铝反射膜层,最后对膜层质量进行了检测.检测结果表明:介质高反射膜层与金属铝反射膜层的技术指标和环境适应性能均满足要求,具有优质的质量.

参考文献

[1]赵印中,许曰文,李林,等.磁控溅射法制备高反射铝膜[J].真空与低温,2008,14(3):164-166.

[2]唐晋发,顾培夫,刘旭,等.现代光学薄膜技术[M].杭州:浙江大学出版社,2006.

[3]桑利军,付亚波,张跃飞,等.有机玻璃基材表面电子束蒸镀铬-铝-二氧化硅薄膜及其性能研究[J].真空,2008,45(5):46-48.

[4]李刚,高劲松,孙连春.氧碘激光腔内45°入射高反射镜的膜系设计[J].强激光与粒子束,2003,15(9):859-862.

[5]卜轶坤,赵丽,郑权,等.高损伤阈值激光反射镜的设计方法[J].红外与激光工程,2006,35(2):183-215.

反射镜的污染 篇2

提出一种传递函数辨识方法.该方法使用非线性最小二乘曲线拟合法,结合控制对象的传递函数模型选取参数初始值,针对不同的频率特性分段拟合.使用该方法可以将复杂的控制系统频率特性转化为高精度的`传递函数.在系统的中低频段内获得幅频±1dB和相频±1( 的传递函数辨识精度.由此设计的数字补偿器有效补偿了机械谐振带来的影响,扩宽了控制系统的闭环带宽.传递函数辨识方法摆脱了数字补偿器设计依赖手工调试的状况,并可以提供复杂的数字补偿器以得到高性能的控制系统.

作 者：胡浩军 马佳光 王强 吴琼雁 HU Hao-jun MA Jia-guang WANG Qiang WU Qiong-yan  作者单位：胡浩军,HU Hao-jun(中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209;国防科学技术大学,光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073;中国科学院研究生院,北京,100039)

马佳光,王强,吴琼雁,MA Jia-guang,WANG Qiang,WU Qiong-yan(中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209)

刊 名：光电工程  ISTIC PKU英文刊名：OPTO-ELECTRONIC ENGINEERING 年，卷(期)：2005 32(7) 分类号：V566 关键词：快速控制反射镜   传递函数   辨识   最小二乘法  

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拥有反射镜眼睛的怪鱼 篇3

但有些事情总是出乎我们的意料。2009年，一位德国科学家在太平洋上的岛国汤加捕获一条怪鱼，这条鱼拥有四只眼睛，其中一对跟普通的鱼眼没什么区别，也是用凸透镜来成像的，可是另一对眼睛呢，说来真是不可思议，竟是用凹面镜来成像的！

这种怪鱼生活在水下1000多米深的、光线暗淡的海域。怪鱼几乎通体透明，头上长着两对眼睛。一对主要用于收集来自身体上方的光线，比如有什么食物沉降下来，它就靠这对眼睛发现；这是一对普通的鱼眼，也就是说是靠玻璃球状的凸透镜来成像的。但在头部，还长有另一对眼睛，这对眼睛的瞳孔朝下开，用于收集来自身体下方的光线，比如水下发光生物发出的微弱的光等等；当光线射入瞳孔后，在一块凹面镜形的晶体表面反射，反射光聚焦在另一块独立的视网膜上，于是也会成一个像。

在5亿年的脊椎动物进化史上，无数的脊椎动物生生死死，但眼睛利用反射镜来成像却是头一回听说。

为什么怪鱼的这对眼睛要采用这么特别的成像方式呢？科学家说，用凹面镜成像有这样两点好处：一是通过凸透镜，一部分光线会被凸透镜吸收，而凹面镜就没有这个毛病，在深海，光线本来就非常“宝贵”，假如能不被吸收就成像，那当然更好；二是光线通过像鱼眼这么球形的凸透镜，成的像会有些畸变、失真，而凹面镜成像也不存在这个问题。也许正是这两点，让怪鱼进化出了这种怪本领。