Antistatic and antireflection (ASAR) coating using indium tin oxide (ITO) by magnetron reactive sputtering (MRS) technique is presented. The relationship between sheet resistance and optical transmittance of ITO prepared by MRS is investigated, and the optimum ITO parameters by MRS are studied through the variation of oxygen flow, temperature, argon flow, and sputtering power. The optical constant of ITO is modeled by combining a single Lorentz oscillator and a Drude free-electron component in the range of 300-1500 nm, which fits well with the experimental data. ASAR coating is designed using ITO based on the optimized parameters, and is implemented by MRS. Experimental results show that ASAR coating by MRS displays high transmittance of up to 99.2%, and low sheet resistance of less than 1.1 k-.

设计了400～900 nm波段上的超宽带减反射膜, 在410～850 nm范围内的平均残余反射率设计值约为0.2%,在设计的全波段上约为0.24%。讨论了初始膜系结构的选择原则,分析了带宽、膜层折射率差、最外层折射率和膜层总厚度等因素对宽带减反射特性的影响。对特定的带宽, 增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率对获得优良的减反射特性是非常重要的。实验制备了K9玻璃上TiO2/MgF2两种材料组成的8层结构的超宽带减反射膜, 实测结果表明,在带宽520 nm范围内的平均残余反射率约为0.44%,说明用二种材料设计超宽带减反射膜是成功的,对垂直入射的减反射膜, 多种材料的膜系并不比两种材料更具优越性。

光子晶体超棱镜是实现分色、滤波等功能的关键器件,而群延迟是衡量分波滤波效果的重要参量。为了获得更好的分光效果,一般采用级联法布里珀罗滤波器或者Gires-Tournois滤波器实现大而线性的群延迟。基于多镜理论提出了一种新的多腔滤波器群延迟计算方法,简化了计算过程,使得计算不再受实际材料的限制。并以四腔级联Gires-Tournois滤波器为例进行群延迟的模拟计算,得到的结果与薄膜传输矩阵基本吻合,证实了算法的正确性。最后分析了群延迟、线性范围与Gires-Tournois滤波器腔长之间的关系,指出了如何根据实际要求选择腔长的方向。

基于薄膜法布里珀罗滤光片在其峰值波长处具有较大群延迟的特性，设计并从实验上验证了光束倾斜入射时这种结构中存在的超棱镜效应。根据光学薄膜理论中的特征矩阵法，数值模拟计算了器件的群延迟和空间色散曲线，镀制并对器件进行了测试。测试结果表明器件在透射峰值波长处因超棱镜效应引起的空间色散最大位移值达到65 μm，与理论计算结果非常吻合；相对于传统的光栅和棱镜器件而言器件具有更高的空间角度色散，实际测试在784.5 nm至786.5 nm波长范围内器件的角色散达到30°/nm。

基于窄带干涉滤光片的峰值透射率测量可以直接反演出薄膜的消光系数,从而得到了一种简易而又精确的评价薄膜微弱损耗的新方法。 阐述了确定弱吸收薄膜消光系数的基本原理,并分析了这种评价方法的基本精度。讨论了离子束溅射TiO2薄膜的制备参量对薄膜消光系数的影响。发现溅射速率和氧分压是影响TiO2薄膜损耗的灵敏因素。在保持其它参量不变的条件下,溅射速率从0.35 nm/s下降到0.23 nm/s,TiO2薄膜的消光系数从3.9×10-5下降到2.1×10-5;辅助离子源的Ar∶O比从1∶2变化为1∶4,对应的消光系数从5.6×10-5下降到2.3×10-5。此外,随着基板温度的提高,损耗也会有所增加。TiO2薄膜消光系数评价的合理性表明由窄带滤光片的峰值透射率来反演薄膜的消光系数是可行的。

多腔法布里珀罗滤波器是光纤通信中的关键器件,为了改善该器件的透过光谱的性能,讨论了衰减对器件性能的影响。利用多镜理论以两种不同方法推导了在多腔级联法布里珀罗滤波器件中引入衰减时信号透过率的传输矩阵算法。以三腔法布里珀罗滤波器为例,数值模拟计算证明了当引入衰减时,可以有效抑制多腔法布里珀罗器件的内部串扰,改善通带内信号的透过率,提高了通带信号的利用率。通过对引入不同衰减时器件透过率的计算,详细比较和讨论了透过率与衰减系数的关系,以及不同衰减时次峰与主峰的相对关系,同时使用薄膜设计软件TFC进行模拟,证实了结果的准确性。最后为尽量减少系统因引入衰减的损耗,提出了减少衰减系数的方法,即增大反射镜的反射率,并以矩阵运算的结果证明其可行性。

利用高桥模型详细分析了多腔薄膜梳状滤波器的中心波长温度稳定性问题。发现由于多腔薄膜梳状滤波器的固体腔较厚而反射镜膜系的厚度相对较薄，因此膜系与固体腔之间的温度引起的弹性应力导致的膜系光学常数的变化已经不是主要影响因素，而固体腔材料的折射率温度系数引起的中心波长漂移对整个器件的影响较大。计算表明对于一个密集波分复用中使用的100 G信道间隔的三腔薄膜梳状滤波器而言，当固体腔材料(熔融石英)的折射率温度系数为1×10-5 /℃时，器件的中心波长漂移在-40 ℃～85 ℃的温度范围内可达±1 nm。

利用各向异性介质与各向同性介质构造了一维光子晶体,利用传输矩阵方法分析了它的能带结构,指出利用各向异性介质可以构造高消光比,全角度的偏振分束器件,并分析了它的理论基础.对影响偏振分束带宽的因素进行了分析.为进一步改进设计提出了方向.

利用MEMS空气腔在静电力作用下的变形,设计了一种波长可调谐的微腔电致有机发光二极管.通过外加电压,可调制发光中心波长.模拟计算了不同电压下的光谱特性,结果表明可以获得半宽度为2.14 nm,可调谐范围为150 nm的发光光谱.这在光互联的可调谐光源和彩色显示中有很好的应用前景.

分析了基于法布里珀罗腔的微光机电系统可调谐滤波器中,空气腔厚度与峰值波长间的关系。微光机电系统中,空气腔的厚度一般在一个波长附近,因此腔的干涉级数较小,两边反射镜的反射相位对峰值波长的影响比较大。从反射相位出发,推导出了基于这种结构的可调谐滤波器中空气腔厚度和谐振波长之间的线性关系,并通过数值计算进行了验证。分析了影响滤波器调谐灵敏度的因素,构成介质反射镜的薄膜材料的高低折射值以及薄膜堆的层数都能改变线性系数的值。最后估算了一定波长范围内这种线性关系的误差。