CN101424748B - 可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜 - Google Patents
可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，膜系由高折射率基板上的低折射率氟化物膜和高折射率硫化物膜的交替多层膜组成。通过选取各层膜的厚度，就可实现可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜。可见区0.44-0.68μm、1.06μm和8-12μm各波段的平均反射率由未镀膜时的约20％，17％和14％分别降低到0.30％，0.04％和0.62％，从而为多模制导提供了一个有效的器件。
Description
技术领域
本发明涉及高效减反射膜，尤其涉及一种可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，属高效减反射膜制造领域。
背景技术
减反射膜是光学薄膜中应用最广的一种膜系。从紫外到红外、从常用玻璃和塑料基板到各种晶体、从物理气相淀积到化学气相淀积、从单层膜到多层膜、从单入射角到多入射角、从单波长到宽带和超宽带都巳开展了深入的研究，其中极大部分巳趋成熟，并巳能满足实用要求。但是涉及本发明的既在可见区和远红外区同时实现宽带减反射，又要保证激光波长1.06μm高效减反射的膜系急需解决。由于波长宽度从可见区一直跨越到远红外，故给选材和设计都造成了极大的困难。
光学薄膜设计和制备技术的不断提高，目前制造用于可见光区带宽B＝λmax/λmin＝1.7的常规减反射膜特性巳可以非常接近甚至完全达到理论设计值。但是，由于规整的常规减反射膜一般由四分之一波长层和半波层组成，这在过去因其易于膜厚控制而成为优点，今天随着膜厚控制技术的进步，这种规整膜系已因膜厚控制精度降低而变成了缺点；其次，规整膜系常用3-4种材料，要找到折射率稳定的又能适用于不同基板的特定折射率的材料无疑还是有一定难度的；最后，这种规整膜系用于一些特殊的减反射膜设计极其困难。
由于涉及可见和远红外两个波长跨度极大的光谱区，基板常选择ZnS。ZnS是一种高折射率的半导体材料，它在可见区0.633μm处的折射率为2.6，可以算出其一个表面的反射率为19.7％；在1.06μm处的折射率为2.4，其表面反射率为17.0％；而在红外10μm处的折射率为2.2，表面反射率为14.1％。当光线通过几个如此大的反射表面后，不仅大大降低了透过的光能量，使像的亮度非常低；而且表面反射光在光学系统中来回反射而变成杂散光，导致像的对比度也非常低，因此必须提供一个高效的减反射膜。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种高折射率基板上的可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜。
如图1所示，减反射膜被淀积在高折射率的半导体ZnS基板上，薄膜材料选用ZnS和YbF3，这两种材料在机械性能上能互相匹配，在光学性能上能保证可见区、1.06μm和8-12μm三个波段上透明，且有足够的折射率差。采用的初始膜系设计可表示成如下形式：ZnS|(LH)7L|Air，其中L表示低折射率的YbF3薄膜，H表示高折射率的ZnS薄膜，中心波长为600nm，通过优化，得到各层膜的厚度列于表1。低、高两种折射率材料按表1列出的光学厚度依次淀积在基板上，就能实现高效的三波段减反射性能。
表1.三波段高效减反射膜各层膜的四分之一波长光学厚度(QWOT)
| 材料 | 基板 | YbF3 | ZnS | YbF3 | ZnS | YbF3 | ZnS | YbF3 | ZnS |
| n(在0.633μm) | 2.6 | 1.52 | 2.32 | 1.52 | 2.32 | 1.52 | 2.32 | 1.52 | 2.32 |
| QWOP | 0.169 | 0.470 | 2.186 | 0.178 | 2.485 | 0.111 | 2.300 | 0.116 |
| 材料 | YbF3 | ZnS | YbF3 | ZnS | YbF3 | ZnS | YbF3 | 空气 |
| n(在0.633μm) | 1.52 | 2.32 | 1.52 | 2.32 | 1.52 | 2.32 | 1.52 | 1.0 |
| 几何厚度/nm | 2.510 | 0.184 | 1.247 | 0.103 | 0.801 | 0.402 | 1.124 |
从表1可以看出，ZnS基板和ZnS薄膜的折射率不同，这是因为蒸发薄膜的聚集密度较大块材料低的缘故；其次，各膜层厚度为非规整厚度，且YbF3膜的厚度明显大于ZnS膜的厚度。
上述设计在可见区0.44-0.68μm的平均残余反射率为0.30％，而在激光波长1.06μm的残余反射率为0.04％，图2表示这两个波段的反射光谱曲线。由于可见区0.44-0.68μm与远红外8-12μm在波长标尺上相隔太大，很难将其表示在一个光谱图上，故将远红外大气窗口8-12μm的反射光谱曲线示于图3，在这个波段上，残余反射率为0.62％。相比未镀膜的ZnS基板表面，镀膜后三个波段的反射率均显著降低。
技术方案：可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，它包括基底1，位于基板1上的多层低折射率氟化物膜和多层高折射率硫化物膜交替叠加构成。
本发明与背景技术相比，一是采用两种材料设计了高折射率基板上的可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜。设计表明，在膜系总光学厚度和材料折射率给定的条件下，对垂直入射的减反射膜，多种材料的膜系结构并不比两种材料更具优越性；二是采用两种薄膜材料，只要适当选择初始结构，通过软件优化，虽然各层膜层厚度是非规整的，但更能获得高效的三波长减反射性能。
附图说明
图1为可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜的示意图。
图2为本发明在空气中0°入射角下可见区和1.06μm的反射光谱曲线。
图3为本发明在空气中0°入射角下红外区8-12μm的反射光谱曲线。
上图中：基底1、低折射率的YbF3膜2、高折射率的ZnS膜3、入射媒质4。
具体实施方式
实施例1：参照附图1～3。可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，它包括基底1，所述的基底1为ZnS，它是一种可见区、1.06μm和8-12μm透明的材料，入射媒质4为空气。位于基板1上的多层低折射率氟化物膜2和多层高折射率硫化物膜3交替叠加构成----低折射率氟化物膜2之间置有高折射率硫化物膜3，两边最外面分别是基底1和空气4。所述的低折射率的氟化物膜2为YbF3(2)、高折射率的硫化物膜3为ZnS(3)，通过选取各层膜的厚度，就可实现可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜。当光线在空气中以0°角度入射时，可以在可见区、1.06μm和8-12μm三个波段同时实现高透射，可见区0.44-0.68μm、1.06μm和8-12μm各波段的平均反射率由未镀膜时的约20％，17％和14％分别降低到0.30％，0.04％和0.62％，从而为多模制导提供了一个有效器件。
如图1所示，一种可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，其特征在于膜系由半导体高折射率基板上的低折射率氟化物膜和高折射率硫化物膜的交替多层膜组成。基底1为ZnS，它是一种可见区、1.06μm和8-12μm透明的材料。低折射率的氟化物膜为YbF3 2，高折射率的硫化物膜为ZnS 3。入射媒质4为空气。
在ZnS基板上依次镀上YbF3和ZnS膜，控制各层膜的厚度，当镀完15层膜后，即可实现本发明的可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，当光线在空气中以0°角度入射时，可以在可见区、1.06μm和8-12μm三个波段同时实现高透射，可见区0.44-0.68μm、1.06μm和8-12μm各波段的平均反射率由未镀膜时的约20％，17％和14％分别降低到0.30％，0.04％和0.62％，从而为多模制导提供了一个有效器件。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，它包括基底，其特征是：位于基底上的多层低折射率氟化物膜和多层高折射率硫化物膜交替叠加构成，低折射率氟化物膜之间置有高折射率硫化物膜，两边最外面分别是基底和空气；所述的低折射率的氟化物膜为YbF3、高折射率的硫化物膜为ZnS；所述的基底为ZnS，它是一种可见区、1.06μm和8-12μm透明的材料，采用的初始膜系设计表示成如下形式：ZnS|(LH)7L|Air，其中L表示低折射率的YbF3薄膜，H表示高折射率的ZnS薄膜，入射媒质为空气，选取各层膜的厚度，实现可见区、1.06μm和8-12μm三波段高效减反射膜，当光线在空气中以0°角度入射时，可以在可见区、1.06μm和8-12μm三个波段同时实现高透射，可见区0.44-0.68μm、1.06μm和8-12μm各波段的平均反射率由未镀膜时的约20％，17％和14％分别降低到0.30％，0.04％和0.62％，从而为多模制导提供了一个有效器件。
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