随着5G时代的到来,结构光3D成像技术对不可见光接收模组窄带滤光片的要求不断提高。基于法布里-珀罗全介质型干涉仪膜系设计理论,选择Si-H和SiO₂分别作为高、低折射率材料,采用光谱拆分法,使用电感耦合磁控溅射技术和直流磁控溅射技术交替成膜,以提高膜层的聚集密度,降低膜层的粗糙度;并通过辅助阳极降低成膜温度对通带光谱的影响。最终制备的滤光片以945 nm为中心波长,对926~952 nm光的平均透过率达到98.5%,0°~38°通带偏移量为13 nm。

基于CCD的侧向散射激光雷达不受几何因子的影响,是探测近地面气溶胶的有力工具。夜晚的探测技术已成熟,由于背景光中夜晚的月光和星光远弱于白天的太阳光,故利用夜晚探测技术得到的白天气溶胶信噪比很低。实验中选用窄带滤光片和小张角镜头,通过校正窄带滤光片透射率、缩短单次曝光时间、多次曝光平均等技术可有效提高白天探测气溶胶的信噪比。白天个例表明,侧向散射激光雷达与后向散射激光雷达反演的气溶胶后向散射系数廓线在0.75~1.50 km范围内的变化趋势一致,并对0.75 km以下侧向散射激光雷达探测的正确性进行了验证。对合肥地区近地面气溶胶后向散射系数进行了37 h的连续昼夜探测,并与同一地点的温度、PM2.5质量浓度联合进行分析。研究表明,改进后的白天侧向散射激光雷达技术是正确、可行的。

窄带滤光片用于从复合波长的光中分离出某一窄波段的单色光, 它是光学成像系统的重要器件之一。随着光学成像技术在各个领域的发展, 窄带滤光片也在各个领域被广泛应用。文中以锗(Ge)材料窄带滤光片为例, 对温度升高对其性能产生的影响进行了分析, 并通过仿真分析和试验比对验证了分析的正确性。

在光纤通信中, 为了在不改变调制波长范围的基础上仍能实现更多数据通道的波分复用, 设计了一种新型的小尺寸窄带偏振分光器, 用于对现有的数据通信网络进行扩容以及提高光信号的信噪比。 在该分光器上蒸镀了两种新设计的膜系, 一层是窄带滤光膜, 另一层是偏振分光膜。 采用TFCalc软件仿真, 设计结果中窄带滤光膜的带宽约为0.4 nm, 偏振分光膜在1 530～1 560 nm范围内对p光的通透性能优于99.8%。 基于以上膜系设计在BK7光学玻璃上实际制备两组膜系, 实验采用Agilent 8164-A型光波测量系统对经过膜后的光进行光谱分析。 结果显示, 窄带滤光膜的实际带宽优于0.4 nm, 增益平坦度小于-0.05 dB, 相比现有常见的0.8 nm滤光膜具有更窄的带宽, 可以实现在调制波长范围不变的条件下增大波分复用的数据通道总量。 偏振滤光膜的实际p光透光率为99.6%, 相比仿真值略低, 但仍优于设计要求, 相比传统分光器的光信号强度保留效果更好, 具有更高的信噪比。 综上所述, 该分光器具有更好的应用价值和实用意义。

为了在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测系统中, 精确提取窄脉冲传感信号的幅度, 设计并实现了一种微秒级窄脉冲锁相放大器.根据微秒级窄脉冲的特点, 窄脉冲信号经过窄带通滤波电路, 得到基频正弦波信号, 再经过主放大、移相、相敏检波电路, 得到与脉冲幅值有关的直流信号.利用信号发生器产生的幅度、频率、相位可调的窄脉冲待测信号, 对锁相放大器进行功能验证实验.结果表明, 锁相放大器输出直流信号与输入信号的幅度呈良好的线性关系, 线性拟合度约为98.043%；信号幅值的相对测量误差不超过3%；在1 h的测试时间内, 信号波动范围在1‰以内.利用配备的不同浓度的一氧化碳样品及研制的锁相放大器, 开展了一氧化碳气体检测实验.在0~180 ppm范围内, 随着一氧化碳浓度的增加, 锁相放大器的输出电压值与一氧化碳浓度呈现良好的e指数关系.根据Allan方差预测的系统检测下限为0.4123ppm.与商用锁相放大器相比, 该放大器具有体积小、成本低、易于集成等特点, 在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测中具有较好的应用前景.

对大型固体激光装置中的关键器件—大尺寸1064 nm 波段HfO₂/SiO₂窄带滤光片进行了研究，分析了监控波长对信噪比和光源稳定性的影响。通过优化监控参数，设备监控精度可达到镀制窄带滤光片的需求。制备过程中的薄膜光谱分析表明：随着蒸镀过程的进行，氧化铪(HfO₂)的实际厚度会逐渐小于设计值，而二氧化硅(SiO₂)的实际厚度则会逐渐大于设计值；这种变化趋势导致的厚度误差会严重影响带通的波形；另外掩模板造成的厚度误差也是影响带通波纹的重要因素之一。通过分析研究和优化以上因素，制备了半峰全宽为5 nm、通光口径达200 mm×200 mm、在1064 nm 处损伤阈值高于19.5 J/cm²(3 ns)的窄带滤光元件。

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中，但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响，设计了非规整型全介质膜窄带滤光片，分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化，建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型，定量求解了等效透射率及中心波长漂移量，并对理论模型进行了实验验证。结果表明，锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移；在镀膜工艺相对稳定的基础上，理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以，可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化，并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜，进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择，这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。

根据紫外告警模拟系统的使用要求，基于法布里帕罗(F-P)窄带滤光片结构，通过对膜系理论的分析、材料蒸发工艺的研究、离子源参数的调整和优化，利用不同膜系设计的组合，设计并制备出能够有效采集紫外信号的紫外滤光膜。该滤光膜在紫外峰值透射率达到17.96%，通带半峰全宽约为20 nm，能够更准确地采集到所需紫外波段的模拟信号，同时对紫外以及可见波段进行了有效地抑制，可以较好地控制背景噪声的产生，其截止度小于-30 dB。该滤光膜在紫外告警模拟系统中对自然光进行滤光，对紫外信号进行了有效地采集，使系统的整体精度得到了提升。

鉴于在制备过程中存在介质层厚度的随机扰动, 计算了远红外窄带滤光片厚度的鲁棒性。结果表明: 当随机度小于0.05时, 窄带滤光片全向带隙和带隙率变化不大, 但缺陷层的透射率只有原来的1/3左右; 当随机度大于0.1时, 随着厚度的随机扰动逐渐增大, 窄带滤光片的全向带隙和带隙率都逐渐减小; 当随机度达到0.2时, 窄带滤光片的第一个全向带隙消失, 第二个全向带隙向短波方向偏移明显, 缺陷层的透射率也只有原来的1/3左右; 当随机度达到0.5时, 窄带滤光片的两个全向带隙全部消失。制备了一种远红外窄带滤光片, 其结果较好地验证了厚度的随机扰动对滤光片的影响。