【正文】 80859095100d 1 =40 n md 1 =70 n mRSRSRpRpReflectance/%w a v e l e n g t h / n mRpRSd 1 =12 0 n md1取不同厚度值時的 p, s兩種偏振光的反射率曲線 (n0=、 n1=，入射角度為 45176。 154 ?光通信薄膜類型 ?有各類減反射膜、波帶分離膜、增益平坦濾光片 (GFF)、波分復用濾光片 (WDMF)和交叉波分離器 (interleaver)等等 光學薄膜在光通信系統(tǒng)中的應用 155 156 ?光通訊對薄膜濾光片的要求 ?極端穩(wěn)定的中心波長 ?窄的帶寬：目前 200G、 100G濾光片已是通用商品，50G濾光片（半寬小于 177。 i n te rf a c e a b s o rpti o n l a y e r 0 500 1000 1500 2022020040060080010001200 w i t h a d h e i s i o n amp。 178 雜質(zhì)缺陷的急劇加熱可能發(fā)展成熱爆炸過程，這個過程從缺陷內(nèi)部發(fā)生，在缺陷迅速升溫到數(shù)千度的高溫時， 雜質(zhì)材料急劇氣化并形成很大的內(nèi)壓強，這種爆炸力向薄膜的外層發(fā)展，首先使膜層隆起繼而把膜層沖掉形成破坑 ，并在破坑的周邊形成波浪式力學波。 181 結(jié)瘤缺陷一個重要的作用就是改變激光在結(jié)瘤區(qū)內(nèi)及其周圍的場分布 ，在薄膜吸收不變的條件下，激光場的局部加強導致局部吸收增加，局部吸收增加導致局部溫度上升，劇烈的溫度梯度又導致薄膜內(nèi)應力的增加，這種應力與薄膜幾何畸變引起的附加應力是形成薄膜破壞的重要因素。 光學薄膜的缺陷破壞 179 光學薄膜的缺陷破壞 180 結(jié)瘤缺陷在薄膜破壞中的作用 結(jié)瘤缺陷是由于基體表面或薄膜內(nèi)部存在某種種子源 。 鑒于缺陷的組分形狀千變?nèi)f化，所以處理起來相當困難，對于雜質(zhì)缺陷一般理解為 吸收缺陷 ，為了便于處理把吸收缺陷當作小球處理 。 167 光學薄膜的本征吸收 )/e x p ( 220 arII ??)44e xp ()4(),( 222220aDrDxaDDcaJtzrTtttt ????? ?? ?設激光強度是高斯分布，則 a為高斯半徑，時間為瞬間作用時，薄膜溫升： I0和 J0分別是 x=0, r=0時的功率密度和能量密度， Dt為熱擴散長度， α為吸收系數(shù)。 時設計結(jié)果，其中 nA=n0= nB= 400 450 500 550 600 650 700020406080100Reflectance/%w av el en g t h/nmRpRs入射角度為 62176。39。39。39。39。39。 AG+匹配介質(zhì) 反射率和波長關系曲線 (ZnS Ag ZnS) 133 一般為了進一步減少偏振效應，需要插入中間折射率材料，比如選用 MgO, MgF2材料，然后采用 Needle方法進行數(shù)值優(yōu)化，一個 12層膜系設計結(jié)果如下（ 45176。 時的光譜曲線 空氣中入射角度為 13176。 85 啁啾鏡設計方法 ?傅立葉變換法 ?光學諧振方法 ?非周期膜系設計方法 86 傅立葉變換法 d ( ) 1 d l n ( )d ( ) d2 ( ) 2 dn x n xr x xn x x??對于折射率按一定規(guī)律分布的薄膜，在薄膜厚度處微分反射系數(shù)： 薄膜的反射系數(shù)： () 1 d l n ( ) d2di k i k xffnxr R e e xx??? ?傅立葉變換形式 反傅立葉變換： 12 [ ( ) ( ) ]0( ) ( )l n di k k xn x i R k eknk????? ????? ?為了實現(xiàn)寬光譜范圍內(nèi)的高反射，薄膜必須有 rugate結(jié)構，即： 20 1 02( ) e xp l n e xp( ) si n[ ( ) ]2HHLLnxn x n n x k c kn ???????? ? ?????????87 光學諧振方法 由于光學薄膜的位相特性取決于光波在薄膜中行進的路程，所以可以利用附加共振腔的方法獲得必要的群延遲色散率。 群色散延遲和補償薄膜具有啁啾特性，所以稱為啁啾鏡或啁啾薄膜。 57 單層膜的相位延遲 寬波段相位延遲膜的設計 58 等效折射率、等效導納和等效界面 ?等效折射率、導納和界面概念 ?等效折射率理論推導 59 等效折射率 對稱膜系 pqp的矩陣推導 1 1 1 22 1 2 2c o s s in / c o s s in / c o s s in /s in c o s s in c o s s in c o sp p p q q q p p qp p p q q q p q pi i iMMi i iMM? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ?1 1 2 21c o s c o s ( ) s in 2 s in2qpp q p qpq??? ? ? ???? ? ? ?1211s in 2 c o s ( ) c o s 2 s in ( ) s in22q p p qp q p q qp p q q piM ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ?????2111s in 2 c o s ( ) c o s 2 s in ( ) s in22p q p qp p q p q qq p q pMi ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?sinc oss i n c osiEiE??????????單層膜的特征矩陣： 60 ???????? ??? ?qpqppqqp ????????? s i n2s i n)(21c os2c osc os 12 11si n 2 c os ( ) c os 2 si n ( ) si n2211si n 2 c os ( ) c os 2 si n ( ) si n22p q p qp p q p q qq p q pp q p qp q p q qq p q p? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ?????????? ? ? ???211221 )(MME ??61 等效折射率 對于一個對稱周期膜系 (PQP) S si n si nc os c ossi n c os si n c ossi i ssEEi E i E s s????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?c o s c o s 2 c o s s in 2 s in c o s 2 1p q p q p q? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?qp ?? ?若 qp ?? ?若 1cos ?? 是有條件的，該條件正好對應截止區(qū)與透射區(qū)的分界線 62 112si n ,2si n ,pqpqpqsqpqpqpg????? ? ?????? ? ???? ????? ???? ???? ?????????????2qp??? 1s i n21c os 22 ?????????? ??ppqqpp ??????? ? ?????? ???????? ????????? 121222 0 ggp63 0246810Equivalent Indexg 5L0 .5H0. 25L L 5L1 .5H0. 75L L2 HL禁帶區(qū) 透射區(qū) 64 等效折射率性質(zhì) 1 2pqp qE?? ? ?????? ????? ? 1 20q p qE? ? ???? ? ? ?1, , pqqp qqEE?? ? ? ??? ???? ? ?1 2pqpqE ?? ? ? ????? ????65 等效折射率應用－波紋壓縮 20202)/1 /1(11 nE nERTe f fe f f??????200 )11(11nnRT??????()^4 膜系產(chǎn)生的波紋 66 波紋壓縮方法 ?選取適當?shù)慕M合膜，使其通帶內(nèi)的等效折射率與基片相接近 ?改變基本周期內(nèi)的膜層厚度，使其等效折射率變到更接近的預期值 ?在多層膜的兩側(cè) (靠近基底側(cè)和靠近入射介質(zhì)側(cè) )加鍍匹配層，使其同基底以及入射介質(zhì)匹配 67 目標：壓縮 500nm附近的波紋 實例一 68 ()^12 M= N= L= H= 69 Glass/()^2 ()^9 ()^3/Air 實例二 70 實例三：顏色濾光片設計 400 450 500 550 600 650 700020406080100Transmittance(%)Wav elength(nm)400 450 500 550 600 650 700020406080100Transmittance(%)Wav elength(nm)綠色濾光片設計曲線圖（ H(HLH2L)^5 H7L， H: , L: ） 紅色濾光片設計曲線（ HM(HL)^11 (HN)^1 (HN)^2 (HL)^9 ，H: L: M: N: ） 71 薄膜的色散及色散補償 ?群速度的色散 ?光學薄膜色散（ GT腔） ?啁啾鏡的定義、設計及制備 72 群速度的色散 ]}z)(kti[{e x p)]tkz(k[c o sE2]}z)(kti[{e x pE]}z)(kti[{e x pE)t(E)t(E]}z)(kt[i{e x p)t,z(A)t,z(E0022022021???????????????????????????????????體現(xiàn)了光波能量的信息，表征了多個頻率成分的整體（群）行為 載波表征整個光波的相位信息，其傳遞速度被定義為相速度 gv73 受介質(zhì)折射率色散的影響，含有介質(zhì)折射率的波矢 )()(c)(n)(k???????? ????其展開式的一階系數(shù) 定義為群速度延遲 g39。 ，與設計要求的僅相差 176。 53 入射角為 54176。 位相延遲膜 52 位相延遲膜 ? 角立方反射鏡： 利用光束在 3塊空間互成 176。 49 TiO2薄膜：沉積角度為 75186。 (c) α=75186。 (c) α=75186。 (b) rpm。 時 , β =33186。 ),( ???p WANG JianGuo, SHAO JianDa, FAN ZhengXiu, Chinese Physics Letters, 2022, 22(1): 221~223 36 雙折射結(jié)構三維理論模型 傾斜柱狀結(jié)構薄膜的三維示意圖，其中， d 為薄膜厚度 (或光柵凹槽深度 )； Λ x,y為 x軸和 y軸方向的光柵周期； Lx,y是 x方向和 y方向光柵脊的寬度