CN111175860A - 一种用于激光器的光学透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光器的光学透镜，包括透镜本体以及镀制在所述透镜本体的镜面上的增透膜，所述增透膜包括从透镜本体的镜面向外依次设置的氧化锆膜层、第一TiO₂膜层、匹配膜层、第二TiO₂膜层和高透增强膜层；所述匹配膜层的原料按重量份计包括：Al₂O₃ 60‑90重量份；TiO₂ 5‑25重量份；La₂Ti₂O₇ 5‑15重量份；ZnO 2‑10重量份。本发明的用于激光器的光学透镜，通过在透镜本体上镀制增透膜，具有能有效提高光学透镜的透光率，并且该增透膜具有很好的耐候性能和强度，能提高光学透镜的使用效果，可很好的应用于需要设置光学透镜的激光器中。

Description

一种用于激光器的光学透镜

技术领域

本发明涉及领域，特别涉及一种用于激光器的光学透镜。

背景技术

激光器是一种能发射激光的装置，在许多领域广泛使用，激光器中通常需要使用一个或若干个光学透镜(如中国专利CN201810554031.X)，光学透镜的透光率对激光器的整体性能具有较大的影响，透光率高能提高激光器的效率。为提高光学透镜的透光率，通常在透镜上镀制增透膜，但许多增透膜在长期使用后容易出现黄变甚至脱落，导致增透效果变差，另外也普遍存在透光率不够的缺陷，例如中国专利CN201410137527.9，公开的一种增透膜及其制备方法，其增透膜的透过率只有94.1-95.2％。

所以现在需要一种更可靠的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于激光器的光学透镜。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于激光器的光学透镜，包括透镜本体以及镀制在所述透镜本体的镜面上的增透膜，

所述增透膜包括从透镜本体的镜面向外依次设置的氧化锆膜层、第一TiO₂膜层、匹配膜层、第二TiO₂膜层和高透增强膜层；

所述匹配膜层的原料按重量份计包括：

优选的是，所述高透增强膜层通过在所述第二TiO₂膜层上喷涂高透增强涂料，再经烘干后得到；所述高透增强涂料的原料按重量份计包括：

优选的是，所述匹配膜层的原料按重量份计包括：

优选的是，所述匹配膜层的原料按重量份计包括：

优选的是，所述高透增强涂料的原料按重量份计包括：

优选的是，所述高透增强涂料的原料按重量份计包括：

优选的是，所述氧化锆膜层的厚度为20-40nm，所述第一TiO₂膜层的厚度为15-35nm，所述匹配膜层的厚度为15-35nm，所述第二TiO₂膜层的厚度为15-30nm，所述高透增强膜层的厚度为40-90nm。

优选的是，所述匹配膜层的制备方法为：先将Al₂O₃、TiO₂、La₂Ti₂O₇、ZnO按重量份混合，加热并搅拌均匀，然后镀制在所述第一TiO₂膜层上。

优选的是，所述高透增强涂料的制备方法为：按重量份将聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、硬脂酸镧、硬脂酸、硬脂酸钙、纳米氧化锌加入反应容器中，混合均匀后加热至65～140℃，搅拌反应2.5～5小时，冷却得到所述高透增强涂料。

优选的是，所述光学透镜的制备方法为：取所述透镜本体，将其镜面清洗干净；然后在镜面上依次镀制氧化锆膜层、第一TiO₂膜层、匹配膜层、第二TiO₂膜层；最后在第二TiO₂膜层上喷涂高透增强涂料，干燥，在第二TiO₂膜层上形成高透增强膜层。

本发明的有益效果是：本发明的用于激光器的光学透镜，通过在透镜本体上镀制增透膜，具有能有效提高光学透镜的透光率，并且该增透膜具有很好的耐候性能和强度，能提高光学透镜的使用效果，可很好的应用于需要设置光学透镜的激光器中。

附图说明

图1为本发明的用于激光器的光学透镜的结构示意图。

附图标记说明：

1—透镜本体；2—氧化锆膜层；3—第一TiO₂膜层；4—匹配膜层；5—第二TiO₂膜层；6—高透增强膜层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本实施例的一种用于激光器的光学透镜，包括透镜本体1以及镀制在透镜本体1的镜面上的增透膜，

增透膜包括从透镜本体1的镜面向外依次设置的氧化锆膜层2、第一TiO2膜层3、匹配膜层4、第二TiO2膜层5和高透增强膜层6；

匹配膜层4的原料按重量份计包括：

高透增强膜层6通过在第二TiO2膜层5上喷涂高透增强涂料，再经烘干后得到；高透增强涂料的原料按重量份计包括：

其中，氧化锆膜层2的厚度为20-40nm，第一TiO2膜层3的厚度为15-35nm，匹配膜层4的厚度为15-35nm，第二TiO2膜层5的厚度为15-30nm，高透增强膜层6的厚度为40-90nm。

其中，匹配膜层4的制备方法为：先将Al₂O₃、TiO₂、La₂Ti₂O₇、ZnO按重量份混合，加热并搅拌均匀，然后镀制在第一TiO2膜层3上。

其中，高透增强涂料的制备方法为：按重量份将聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、硬脂酸镧、硬脂酸、硬脂酸钙、纳米氧化锌加入反应容器中，混合均匀后加热至65～140℃，搅拌反应2.5～5小时，冷却得到高透增强涂料。

其中，光学透镜的制备方法为：取透镜本体1，将其镜面清洗干净；然后在镜面上依次镀制氧化锆膜层2、第一TiO2膜层3、匹配膜层4、第二TiO2膜层5；最后在第二TiO2膜层5上喷涂高透增强涂料，干燥，在第二TiO2膜层5上形成高透增强膜层6。

本发明中，匹配膜层4其具有低膨胀系数，能够有效增强增透膜的强度和透光性和耐候性能，使增透膜长期使用后仍能具有较高的透光率。Al₂O₃可提高匹配膜层4的刚性，ZnO能促进组分均匀混合，La₂Ti₂O₇具有键结强度高的优势，TiO₂能提高粘结强度。Al₂O₃、ZnO、La₂Ti₂O₇、TiO₂的复配使用使制得的匹配膜层4具有优异的机械性能和耐候性能。防止增透膜脱落，大大减轻其老化黄变现象。

本发明中，高透增强膜层6能对增透膜提供很好的保护与增透作用，赋予增透膜优异的透光性、硬度与耐候性能，同时还具有一定的自洁性能。

聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯共混使用能提高强度与耐候性能，聚对苯二甲酸丁二醇酯有扩链的作用，可提高分子量及综合性能。甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯进行表面修饰，能提高防雾特性，增强透明性。

其中，硬脂酸镧、硬脂酸、纳米级钙盐(碳酸钙)配制成复合物，硬脂酸镧、硬脂酸形成镧配合物，镧配合物在结晶过程中一方面起到增加晶核的作用，另一方面起到降低结晶生长时大分子在垂直与分子链方向折叠的界面自由能，使大分子链更易排入晶格，起到促进结晶生长的作用。加入纳米级钙盐后，引入含钙化合物，能诱导产生六方β晶型，能增加粘结性，提高整体膜的强度。仅加入硬脂酸镧、硬脂酸时，虽然加快了结晶速度，但强度不够，主要因为α晶型含量多；引入纳米级钙盐、硬脂酸钙后，促进β晶型形成，β晶型含量增多，从而使强度、透光率增加。

其中，纳米氧化锌能促进材料均匀混合，提高透光率和粘结强度。

实施例1

一种用于激光器的光学透镜，包括透镜本体1以及镀制在透镜本体1的镜面上的增透膜，

增透膜包括从透镜本体1的镜面向外依次设置的氧化锆膜层2、第一TiO2膜层3、匹配膜层4、第二TiO2膜层5和高透增强膜层6；

匹配膜层4的原料按重量份计包括：

高透增强涂料的原料按重量份计包括：

氧化锆膜层2的厚度为25nm，第一TiO2膜层3的厚度为20nm，匹配膜层4的厚度为20nm，第二TiO2膜层5的厚度为15nm，高透增强膜层6的厚度为70nm。

光学透镜的制备方法为：

1)制备高透增强涂料：按重量份将聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、硬脂酸镧、硬脂酸、硬脂酸钙、纳米氧化锌加入反应容器中，混合均匀后加热至90℃，搅拌反应3.5小时，冷却得到高透增强涂料；

2)取透镜本体1，将其镜面清洗干净；然后在镜面上依次镀制氧化锆膜层2、第一TiO2膜层3；

3)将Al₂O₃、TiO₂、La₂Ti₂O₇、ZnO按重量份混合，加热并搅拌均匀，然后镀制在第一TiO2膜层3上，形成匹配膜层4；然后在匹配膜层4上镀制第二TiO2膜层5；

4)在第二TiO2膜层5上喷涂高透增强涂料，干燥，在第二TiO2膜层5上形成高透增强膜层6。

实施例2

匹配膜层4的原料按重量份计包括：

高透增强涂料的原料按重量份计包括：

其余同实施例1。

实施例3

匹配膜层4的原料按重量份计包括：

高透增强涂料的原料按重量份计包括：

其余同实施例1。

对比例1

与实施例1的不同之处仅在于不包括匹配膜层4。

对比例2

与实施例1的不同之处仅在于匹配膜层4的原料中不包括ZnO。

对比例3

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括聚对苯二甲酸丁二醇酯。

对比例4

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯。

对比例5

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括硬脂酸镧、硬脂酸和硬脂酸钙。

对比例6

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括硬脂酸钙。

对比例7

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括硬脂酸镧。

对比例8

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括硬脂酸。

对比例9

与实施例1的不同之处仅在于高透增强涂料的原料中不包括纳米氧化锌。

按照与实施例1相同的方法制备出光学透镜，然后对光学透镜上的增透膜进行性能测试，包括增透膜的耐候性能、透光率和铅笔硬度。另外，将不设置增透膜的透镜作为对比例10，进行透光率测试。

耐候性能测试：在温度为85℃、湿度为90％的条件下照射1000小时，然后检测增透膜是否出现膜层脱落或黄变的现象，若均不出现则检测结果为通过，否则为不通过。

透光率测试方法参照国家标准GB/T2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》；铅笔硬度按ISO15184标准测试。

测试数据如下表：

测试结果分析：通过实施例1-3和对比例10(无增透膜)的测试结果，可以看出，设置增透膜后，光学透镜的透光率大大提高，可以说明增透膜对透光率的提高效果。且实施例1-3的铅笔硬度均为5H，具有优异的硬度。

从对比例1的结果与实施例1相比可以得出：匹配膜层4对于透光率、耐候性能的显著提升效果。

从对比例2的结果与实施例1相比可以得出：ZnO能提高透光率。

从对比例3、4的结果与实施例1相比可以看出：聚对苯二甲酸丁二醇酯有扩链的作用，可提高分子量及综合性能。甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯进行表面修饰，能提高防雾特性，增强透明性。

从对比例5-8的结果与实施例1相比可以得出：硬脂酸镧、硬脂酸和硬脂酸钙单独使用以及两两混合使用时效果均明显不如三者混合使用效果好，这是由于硬脂酸镧、硬脂酸、硬脂酸钙配制成复合物，硬脂酸镧、硬脂酸形成镧配合物，镧配合物在结晶过程中一方面起到增加晶核的作用，另一方面起到降低结晶生长时大分子在垂直与分子链方向折叠的界面自由能，使大分子链更易排入晶格，起到促进结晶生长的作用。加入硬脂酸钙后，引入含钙化合物，能诱导产生六方β晶型，能增加粘结性，提高整体膜的强度。仅加入硬脂酸镧、硬脂酸时，虽然加快了结晶速度，但强度不够，主要因为α晶型含量多；引入硬脂酸钙后，促进β晶型形成，β晶型含量增多，从而使强度、透光率增加。

从对比例9的结果与实施例1相比可以看出纳米氧化锌对透光率也有提高作用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种用于激光器的光学透镜，其特征在于，包括透镜本体以及镀制在所述透镜本体的镜面上的增透膜，

所述增透膜包括从透镜本体的镜面向外依次设置的氧化锆膜层、第一TiO₂膜层、匹配膜层、第二TiO₂膜层和高透增强膜层；

所述匹配膜层的原料按重量份计包括：

2.根据权利要求1所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述高透增强膜层通过在所述第二TiO₂膜层上喷涂高透增强涂料，再经烘干后得到；所述高透增强涂料的原料按重量份计包括：

3.根据权利要求2所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述匹配膜层的原料按重量份计包括：

4.根据权利要求2所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述匹配膜层的原料按重量份计包括：

5.根据权利要求2所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述高透增强涂料的原料按重量份计包括：

6.根据权利要求2所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述高透增强涂料的原料按重量份计包括：

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述氧化锆膜层的厚度为20-40nm，所述第一TiO₂膜层的厚度为15-35nm，所述匹配膜层的厚度为15-35nm，所述第二TiO₂膜层的厚度为15-30nm，所述高透增强膜层的厚度为40-90nm。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述匹配膜层的制备方法为：先将Al₂O₃、TiO₂、La₂Ti₂O₇、ZnO按重量份混合，加热并搅拌均匀，然后镀制在所述第一TiO₂膜层上。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述高透增强涂料的制备方法为：按重量份将聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、硬脂酸镧、硬脂酸、硬脂酸钙、纳米氧化锌加入反应容器中，混合均匀后加热至65～140℃，搅拌反应2.5～5小时，冷却得到所述高透增强涂料。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于激光器的光学透镜，其特征在于，所述光学透镜的制备方法为：取所述透镜本体，将其镜面清洗干净；然后在镜面上依次镀制氧化锆膜层、第一TiO₂膜层、匹配膜层、第二TiO₂膜层；最后在第二TiO₂膜层上喷涂高透增强涂料，干燥，在第二TiO₂膜层上形成高透增强膜层。

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