CN112925111A - 一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片及其制备方法，该镜片包括镜片基片及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧。本申请采用偏振衍射光栅技术及周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)技术的双重搭配，克服了传统偏振衍射光栅参数调整只有一个自由度的缺点，从三个自由度来控制光栅透射光的分布，以达到任意光束的分束/合束功能，其理论分束/合束效率达99％，成像质量高，易于加工，成本低，且容易实现，光栅结构灵活，衍射效率高，光栅组合自由度高。具有双轴光瞳扩展、结构简单轻薄、良品率高等特点，解决了观看平面电子屏幕影像会产生全息三维立体视野效果的问题，具有良好的应用前景，潜力巨大。
Description
技术领域
本发明涉及镜片技术领域，特别是涉及一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片及其制备方法。
背景技术
目前具备三维显示的镜片技术主要采用阵列光波导(又叫几何光波导)、超微凸微透镜阵列、超微凹微透镜阵列、超微柱透镜阵列、表面浮雕刻蚀光栅衍射光波导等技术原理，来实现不同视差信息图像在空间不同角度方向的传播，利用双眼的视差效应，让两只眼镜各自看到略微有所偏离的图像，进而在大脑中形成立体效果。采用周期性的结构产生周期性的视点分布，这种周期性的视点存在以下问题：难以贴合各平行分束镜，良品率低，投资大，成本高；刻蚀工艺复杂，生产参数难以精确达到要求精度；在空间存在左右眼图像正好看反的视差反转问题；存在视点间的串扰；容易产生反常色散，造成视野颜色失真。
另外，上述技术通常使用微透镜或柱状棱镜或沉积曝光显影化学刻蚀等工艺方式。然而，上述方式一般都具有良品率低、投资大、成本高、工艺复杂、生产参数难以精确达到要求精度、在空间存在视差反转问题、存在视点间的串扰、容易产生反常色散、造成视野颜色失真等缺点问题。
发明内容
本发明提供了一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片及其制备方法。
本发明提供了如下方案：
一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，包括：
镜片基片及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧；
多层所述镀膜膜层的第一层为增透膜层，所述增透膜层形成有等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅，用于使入射光源发生偏转形成圆偏振光波；
多层所述镀膜膜层的第二层为周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层，用于将入射进来的圆偏振光转化为轴对称偏振光束，并将偏振面同步旋转以便形成三维显示所需的透镜效果。
优选地：所述增透膜层的膜系结构为Sub{[H L]Λ8}Air；
其中：
H表示高折射率膜料五氧化三钛膜层；
L表示低折射率膜料二氧化硅膜层；
8为膜层周期数。
优选地：所述膜系结构的设计中心波长为550纳米，设计工作波长为420～780纳米；设计标准宽光谱增透膜Ravg＜0.5％@工作波长420～780纳米；设计透过率＞90％@工作波长420～780纳米。
优选地：每层所述五氧化三钛膜层的膜层厚度为13纳米，每层所述二氧化硅膜层的厚度为70纳米。
优选地：所述纳米尺度的偏振衍射光栅为指向任意方向的衍射光栅。
优选地：所述纳米尺度的偏振衍射光栅的设计光栅脊底部宽度为0.2～2.5微米；设计光栅槽厚度槽深为0.1～0.6微米；设计光栅槽形底角为80°～88°；设计光栅周期为1～5微米；设计光栅脊底部占空比为0.25～0.51。
优选地：所述周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层为二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层。
优选地：所述二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层的厚度为10～200纳米。
一种上述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片的制备方法，所述方法包括：
蒸镀打底层，在镜片基片上进行离子辅助轰击沉积电子束蒸镀技术沉积二氧化硅打底层；
蒸镀周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层，对所述二氧化硅打底层离子轰击1～5分钟后在二氧化硅打底层上进行离子辅助沉积电子束蒸镀沉积二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层,倾斜角蒸镀的蒸束流方向与镜片基片法线夹角角度为70°～88°；
蒸镀增透膜层，根据所设计的增透膜膜系依次进行平面蒸镀，采用高低折射率膜料互相交替叠加的平面蒸镀方法，在周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层上交替平面蒸镀高低折射率材料形成增透膜层；
形成纳米尺度的偏振衍射光栅，偏振衍射光栅采用氩离子激光器作为写入光光源，通过激光双光束干涉原理，结合空间光场调制技术，通过一次全息曝光或多次全息曝光，在增透膜薄膜膜层上激光干涉形成等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅。
优选地：所述蒸镀打底层包括镜片基片与蒸发物距离40～90厘米，镜片基片长晶温度为40℃～80℃，充氧量20SCCM～180SCCM，束流密度100～120毫安,工作时真空度为1×10^(-3)Pa～8×10^(-3)Pa；
所述蒸镀周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层包括以30～40纳米/分钟的沉积速率形成10～200纳米厚的二氧化钛膜层；
所述蒸镀增透膜层包括背景真空度为1×10Λ(-3)Pa～9×10Λ(-3)Pa,氧压为1×10Λ(-2)Pa～8×10Λ(-2)Pa；单一周期中高折射率膜料五氧化三钛的膜层膜厚为13纳米，沉积速率为0.5～3.0纳米/秒；单一周期中低折射率膜料二氧化硅的膜层膜厚为70纳米，沉积速率0.6～6.0纳米/秒；电子束蒸镀过程，电子枪功率保持在50％～80％，电子枪阳极电压100～130伏，阳极电流3～10安，阴极电压20～50伏，阴极电流12～20安；停镀后降温半小时后充气真空室取出镜片。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过本发明，可以实现一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片及其制备方法，在一种实现方式下，该镜片可以包括镜片基片及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧；多层所述镀膜膜层的第一层为增透膜层，所述增透膜层形成有等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅，用于使入射光源发生偏转形成圆偏振光波；多层所述镀膜膜层的第二层为周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层，用于将入射进来的圆偏振光转化为轴对称偏振光束，并将偏振面同步旋转以便形成三维显示所需的透镜效果。本申请采用偏振衍射光栅技术及周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)技术的双重搭配，克服了传统偏振衍射光栅参数调整只有一个自由度的缺点，从三个自由度来控制光栅透射光的分布，以达到任意光束的分束/合束功能，其理论分束/合束效率达99％，成像质量高，易于加工，成本低，且容易实现，光栅结构灵活，衍射效率高，光栅组合自由度高，具有双轴光瞳扩展、大视角、透明度极高、结构简单轻薄、良品率高等特点，视野景象质量包括清晰度及颜色和饱和对比度可以达到很高的水准，其范围可覆盖可见光宽色域广、高分辨率、易于大面积批量化制备，具有更大的空间色分辨力，解决了观看平面电子屏幕影像会产生全息三维立体视野效果的问题，具有良好的应用前景，潜力巨大。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的膜层光栅栅条的横截面结构设计图；
图3是本发明实施例提供的膜层光栅断面的SEM扫描电镜图；
图4是本发明实施例提供的透射型偏振衍射光栅进行透射衍射产生左旋圆偏振光与右旋圆偏振光示意图。
图中：镜片基片1、超表面膜层2、增透膜层3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参见图1，为本发明实施例提供的一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，如图1所示，该镜片可以包括：
镜片基片1及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧；
多层所述镀膜膜层的第一层为增透膜层3，所述增透膜层形成有等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅，用于使入射光源发生偏转形成圆偏振光波；
多层所述镀膜膜层的第二层为周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层2，用于将入射进来的圆偏振光转化为轴对称偏振光束，并将偏振面同步旋转以便形成三维显示所需的透镜效果。
具体的，所述增透膜层的膜系结构为Sub{[H L]Λ8}Air；
其中：
H表示高折射率膜料五氧化三钛膜层；
L表示低折射率膜料二氧化硅膜层；
8为膜层周期数。
所述膜系结构的设计中心波长为550纳米，设计工作波长为420～780纳米；设计标准宽光谱增透膜Ravg＜0.5％@工作波长420～780纳米；设计透过率＞90％@工作波长420～780纳米。每层所述五氧化三钛膜层的膜层厚度为13纳米，每层所述二氧化硅膜层的厚度为70纳米。
所述纳米尺度的偏振衍射光栅为指向任意方向的衍射光栅。所述纳米尺度的偏振衍射光栅的设计光栅脊底部宽度为0.2～2.5微米；设计光栅槽厚度槽深为0.1～0.6微米；设计光栅槽形底角为80°～88°；设计光栅周期为1～5微米；设计光栅脊底部占空比为0.25～0.51。
所述周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层为二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层。所述二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层的厚度为10～200纳米。
本申请实施例还可以提供一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片的制备方法，所述方法包括：
蒸镀打底层，在镜片基片上进行离子辅助轰击沉积电子束蒸镀技术沉积二氧化硅打底层；
蒸镀周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层，对所述二氧化硅打底层离子轰击1～5分钟后在二氧化硅打底层上进行离子辅助沉积电子束蒸镀沉积二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层,倾斜角蒸镀的蒸束流方向与镜片基片法线夹角角度为70°～88°；
蒸镀增透膜层，根据所设计的增透膜膜系依次进行平面蒸镀，采用高低折射率膜料互相交替叠加的平面蒸镀方法，在周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层上交替平面蒸镀高低折射率材料形成增透膜层；
形成纳米尺度的偏振衍射光栅，偏振衍射光栅采用氩离子激光器作为写入光光源，通过激光双光束干涉原理，结合空间光场调制技术，通过一次全息曝光或多次全息曝光，在增透膜薄膜膜层上激光干涉形成等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅。
具体的，所述蒸镀打底层包括镜片基片与蒸发物距离40～90厘米，镜片基片长晶温度为40℃～80℃，充氧量20SCCM～180SCCM，束流密度100～120毫安,工作时真空度为1×10^(-3)Pa～8×10^(-3)Pa；
所述蒸镀周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层包括以30～40纳米/分钟的沉积速率形成10～200纳米厚的二氧化钛膜层；
所述蒸镀增透膜层包括背景真空度为1×10Λ(-3)Pa～9×10Λ(-3)Pa,氧压为1×10Λ(-2)Pa～8×10Λ(-2)Pa；单一周期中高折射率膜料五氧化三钛的膜层膜厚为13纳米，沉积速率为0.5～3.0纳米/秒；单一周期中低折射率膜料二氧化硅的膜层膜厚为70纳米，沉积速率0.6～6.0纳米/秒；电子束蒸镀过程，电子枪功率保持在50％～80％，电子枪阳极电压100～130伏，阳极电流3～10安，阴极电压20～50伏，阴极电流12～20安；停镀后降温半小时后充气真空室取出镜片。
一种在眼镜镜片光学中心横向或纵向区域采用透射型的偏振衍射光栅全息技术显示电子屏幕全息三维视野的眼镜镜片及其制备方法，主要结构为眼镜镜片基片、周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)、增透膜层(其上方进行激光干涉直写形成等刻槽线宽的纳米尺度偏振光栅)，原理为利用增透多层电介质光栅膜层光学中各向异性的特征，多层电介质光栅膜层即为透射型偏振衍射光栅膜层，在透射型偏振衍射光栅的作用下，将入射光源发生偏转，从而导致在光传播方向的折射率发生变化，这种空间折射率的变化等效于对光的波前进行了相位调制形成圆偏振光波，接着圆偏振光波再入射周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层，周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层将入射进来的圆偏振光转化为轴对称偏振光束，其偏振态随空间变化并且具有轴对称性，同时将偏振面同步旋转则形成了三维显示所需的透镜效果。亦即当穿戴该镜片时，平面电子屏幕上能够显示全息三维视野影像，即平面电子屏幕图像光源在出射后射入该镜片时，经过镜片上的偏振衍射光栅形成圆形偏振波后并再射入周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层中进而在几何结构的梯度方向进行偏转从而实现宽视角集成成像3D显示，全息立体成像质量高，厚度薄，易于加工，成本低，且容易实现，具有良好的应用前景。
本申请公开了一种在眼镜镜片光学中心横向或纵向区域采用透射型的偏振衍射光栅技术及周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层进行全息三维显示平面电子屏幕内容的眼镜镜片及其制备方法，技术原理为采用透射型的偏振衍射光栅技术与周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层技术，偏振衍射光栅为离散化结构，光源像素对应的偏振衍射光栅可以是指向任意方向的衍射光栅，技术原理是对入射的光源可以实现大于96％的衍射效率，通过优化设计偏振光栅的条纹结构，可以实现将入射的光源产生圆偏振光进而在下层的周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层几何结构的梯度方向进行偏转衍射到任意角度方向的出射光而实现全息三维显示，提升了三维显示的景深和图像分辨率，将像素的光传播方向指向人眼最优的观看位置，各显示区域形成正向匹配、逆向匹配或者网格状交叉匹配，各显示区域的光栅全息将对应的像素传播方向指向观看区域，从而使显示光场都指向了观看区域的范围内。
本申请公开了一种透射型的偏振衍射光栅全息的三维显示镜片结构，包括眼镜镜片基片、周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层、增透膜层(其上方进行激光干涉直写形成等刻槽线宽的纳米尺度偏振光栅)，光栅层的各块状区域栅条方向、周期、占空比等特殊设计，光栅位于增透膜层内部上方；本申请采用偏振衍射光栅技术及周期性斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)技术的双重搭配，克服了传统偏振衍射光栅参数调整只有一个自由度的缺点，从三个自由度来控制光栅透射光的分布，以达到任意光束的分束/合束功能，其理论分束/合束效率达99％，成像质量高，易于加工，成本低，且容易实现，光栅结构灵活，衍射效率高，光栅组合自由度高，具有双轴光瞳扩展、大视角、透明度极高、结构简单轻薄、良品率高等特点，视野景象质量包括清晰度及颜色和饱和对比度可以达到很高的水准，其范围可覆盖可见光宽色域广、高分辨率、易于大面积批量化制备，具有更大的空间色分辨力，解决了观看平面电子屏幕影像会产生全息三维立体视野效果的问题，具有良好的应用前景，潜力巨大。
本申请公开一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片及其制备方法，设计方面采用的硬件技术是电子束蒸发镀膜加以离子束辅助沉积(IBAD)，优点是所制备的薄膜附着牢固、结构致密、环境稳定性好，完全满足相关的环境试验要求，所蒸镀的增透膜薄膜膜层，导入光学等效导纳值的调节，优化出可见光全带宽膜系。
在具体制作时，首先，在眼镜镜片基片上进行离子辅助轰击沉积电子束蒸镀技术沉积二氧化硅打底层，离子轰击时间为1min～5min，接着在眼镜镜片基片上进行离子辅助沉积电子束(IBAD)蒸镀沉积二氧化钛(TiO2)周期性倾斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层,倾斜角蒸镀之蒸束流方向与镜片基片法线夹角角度为70°～88°，此周期性倾斜角纳米柱阵列膜层厚度为10nm～200nm的二氧化钛(TiO2)膜层。此种二氧化钛(TiO2)周期性倾斜角纳米柱阵列超表面(Metasurface)膜层相对传统光栅具有更超高的衍射效率，可再进行光束选择、波长选择及特别地实现将上膜层每个对应入射进来的子像素圆偏振光在超表面膜层几何结构的梯度方向上进行非机械式的大角度光束偏转而实现三维全息显示。
再依本申请所设计的增透膜膜系依次进行平面蒸镀采用高低折射率膜料互相交替叠加的平面蒸镀方法，在镜片基片上交替平面蒸镀高低折射率材料而形成高增透膜层,背景真空度为1×10Λ(-3)Pa～9×10Λ(-3)Pa,氧压为1×10Λ(-2)Pa～8×10Λ(-2)Pa；镀制过程中采用光学监控以及石英晶体监控方法对膜厚进行监控。本制备优点是所制备的镀膜膜层附着牢固、结构致密、环境稳定性好，完全满足相关的环境试验要求。
本申请增透膜层总膜系设计为Sub{[H L]Λ8}Air
H表示高折射率膜料五氧化三钛(Ti3O5)膜层
L表示低折射率膜料二氧化硅(SiO2)膜层
膜层周期数设计为8周期；
膜系的中心波长设计为550nm；
设计工作波长：420nm～780nm范围内的任意波长；
设计标准宽光谱增透膜Ravg＜0.5％@工作波长420nm～780nm；
设计透过率＞90％@工作波长420nm～780nm。
第三步，采用氩离子(514.5nm)激光器作为写入光光源，通过激光双光束干涉原理，结合空间光场调制技术，通过一次全息曝光或多次全息曝光，直接快速地在增透膜薄膜膜层上激光干涉形成大面积集成化纳米尺度的偏振衍射光栅。此种透射式偏振衍射光栅是一种基于入射光的偏振态实现选择性分光的衍射光学元件。透射型偏振衍射光栅能够将入射光源调控正一阶和负一阶之间的能量分布。透射型偏振衍射光栅相对传统光栅有超高的衍射效率，可用于光谱相关、光束选择和波长选择等多种应用场合，及可用于实现非机械式的大角度光束偏转。其中，光致各向异性介质的特性在左旋圆偏振光及右旋圆偏振光的相互正交偏振态周期性变化合成光场的作用下形成振幅型全息及位相型全息等偏振衍射光栅而合成透射光场。在高密度光栅的偏振自成像效应，该效应在光栅周期接近光波波长时，入射光偏振态的改变导致不同的光栅自成像，当光栅周期为2.5倍的光波波长时，偏振导致的光栅自成像形成最大效应。如图2、图3所示。
设计光栅脊底部宽度a为0.2um～2.5um；
设计光栅槽厚度槽深h为0.1um～0.6um；
设计光栅槽形底角β为80°～88°；
设计光栅周期d为1um～5um；
设计光栅脊底部占空比a/d为0.25～0.51。
如图4所示，当偏振光栅入射光为非偏振光时偏振光栅同时存在+1级和-1级衍射光，+1级衍射光为左旋圆偏振光，-1级衍射光为右旋圆偏振光，实际的偏振光栅会存在除±1级以外的其他衍射光，但其他各级衍射光的能量之和小于4％，故，主要能量都集中在±1级，所以实际偏振衍射效率＞96％。每一个光波图像元对应的偏振光栅中栅线单元的偏振方向相同，且使得通过它的光波变为具有不同偏振方向的偏振光，对偏振光具有调制作用，从而扩大了每个图像元的成像区域，每一个图像元发出的光波均可以通过与该图像元对应形成正常视区，光栅中相邻狭缝以固定间距排列，使得每个图像元的成像区域在最佳观看距离处重合。
所述的眼镜镜片基片Sub包括且不仅限于如下：光学镜片及太阳镜片的玻璃基材、及聚碳酸酯PC基材、尼龙PA基材、CR-39基材、PMMA基材、AC亚克力基材、MR-8基材、MR-7基材、TAC偏光片基材中的任意一种。
所述镜片基片的厚度为0.6mm-3.0mm，底层为倾斜角周期性纳米柱阵列超构表面(Metasurface)二氧化钛(TiO2)膜层，其上的膜层由五氧化三钛(Ti3O5)膜层及二氧化硅(SiO2)膜层为单一周期薄膜膜堆，然后继续交替叠加同样的多层周期膜层叠加而成，周期数设计为8周期。
生产制程参数如下：
镜片基片与蒸发物距离40cm～90cm，基片长晶温度为40℃～80℃，充氧量20SCCM～180SCCM，束流密度100mA～120mA,工作时真空度为1×10^(-3)Pa～8×10^(-3)Pa；离子辅助沉积电子束(IBAD)镀膜，镀膜前离子轰击1分钟～5分钟；底层为倾斜角沉积纳米柱阵列结构膜层厚度设为10nm～200nm的二氧化钛(TiO2)膜层，沉积速率30nm～40nm/min；接着，改为平面沉积增透膜膜层，单一周期中高折射率膜料五氧化三钛(Ti3O5)的膜层膜厚为13nm，沉积速率0.5nm/s～3.0nm/s；单一周期中低折射率膜料二氧化硅(SiO2)的膜层膜厚为70nm，沉积速率0.6nm/s～6.0nm/s；电子束(IBAD)蒸镀过程，电子枪功率保持在50％～80％，电子枪阳极电压100V～130V，阳极电流3A～10A，阴极电压20V～50V，阴极电流12A～20A；停镀后在降温半小时之后充气真空室取出镜片。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，包括：
镜片基片及多层镀膜膜层，多层所述镀膜膜层彼此叠放且形成于所述镜片基片的一侧；
多层所述镀膜膜层的第一层为增透膜层，所述增透膜层形成有等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅，用于使入射光源发生偏转形成圆偏振光波；
多层所述镀膜膜层的第二层为周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层，用于将入射进来的圆偏振光转化为轴对称偏振光束，并将偏振面同步旋转以便形成三维显示所需的透镜效果。
2.根据权利要求1所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，所述增透膜层的膜系结构为Sub{[HL]^8}Air；
其中：
H表示高折射率膜料五氧化三钛膜层；
L表示低折射率膜料二氧化硅膜层；
8为膜层周期数。
3.根据权利要求2所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，所述膜系结构的设计中心波长为550纳米，设计工作波长为420～780纳米；设计标准宽光谱增透膜Ravg＜0.5％@工作波长420～780纳米；设计透过率＞90％@工作波长420～780纳米。
4.根据权利要求2所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，每层所述五氧化三钛膜层的膜层厚度为13纳米，每层所述二氧化硅膜层的厚度为70纳米。
5.根据权利要求1所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，所述纳米尺度的偏振衍射光栅为指向任意方向的衍射光栅。
6.根据权利要求5所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，所述纳米尺度的偏振衍射光栅的设计光栅脊底部宽度为0.2～2.5微米；设计光栅槽厚度槽深为0.1～0.6微米；设计光栅槽形底角为80°～88°；设计光栅周期为1～5微米；设计光栅脊底部占空比为0.25～0.51。
7.根据权利要求1所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，所述周期性斜角纳米柱阵列超表面膜层为二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层。
8.根据权利要求7所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片，其特征在于，所述二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层的厚度为10～200纳米。
9.一种权利要求1至8任一项所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
蒸镀打底层，在镜片基片上进行离子辅助轰击沉积电子束蒸镀技术沉积二氧化硅打底层；
蒸镀周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层，对所述二氧化硅打底层离子轰击1～5分钟后在二氧化硅打底层上进行离子辅助沉积电子束蒸镀沉积二氧化钛周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层,倾斜角蒸镀的蒸束流方向与镜片基片法线夹角角度为70°～88°；
蒸镀增透膜层，根据所设计的增透膜膜系依次进行平面蒸镀，采用高低折射率膜料互相交替叠加的平面蒸镀方法，在周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层上交替平面蒸镀高低折射率材料形成增透膜层；
形成纳米尺度的偏振衍射光栅，偏振衍射光栅采用氩离子激光器作为写入光光源，通过激光双光束干涉原理，结合空间光场调制技术，通过一次全息曝光或多次全息曝光，在增透膜薄膜膜层上激光干涉形成等刻槽线宽的纳米尺度的偏振衍射光栅。
10.根据权利要求9所述的透射型偏振衍射光栅全息的眼镜镜片的制备方法，其特征在于，
所述蒸镀打底层包括镜片基片与蒸发物距离40～90厘米，镜片基片长晶温度为40℃～80℃，充氧量20SCCM～180SCCM，束流密度100～120毫安,工作时真空度为1×10^(-3)Pa～8×10^(-3)Pa；
所述蒸镀周期性倾斜角纳米柱阵列超表面膜层包括以30～40纳米/分钟的沉积速率形成10～200纳米厚的二氧化钛膜层；
所述蒸镀增透膜层包括背景真空度为1×10^(-3)Pa～9×10^(-3)Pa,氧压为1×10^(-2)Pa～8×10^(-2)Pa；单一周期中高折射率膜料五氧化三钛的膜层膜厚为13纳米，沉积速率为0.5～3.0纳米/秒；单一周期中低折射率膜料二氧化硅的膜层膜厚为70纳米，沉积速率0.6～6.0纳米/秒；电子束蒸镀过程，电子枪功率保持在50％～80％，电子枪阳极电压100～130伏，阳极电流3～10安，阴极电压20～50伏，阴极电流12～20安；停镀后降温半小时后充气真空室取出镜片。
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|---|---|---|---|---|
| CN114967161A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-30 | 同济大学 | 一种多层膜自由几何超表面元件及制备方法 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN212276121U (zh) * | 2020-06-11 | 2021-01-01 | 艾普偏光科技(厦门)有限公司 | 一种基于偏振全息显示电子屏幕三维视野的镜片结构 |
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| INKI KIM ET AL: ""Optical characterizations and thermal analyses of HfO2/SiO2 multilayered diffraction gratings for high-power continuous wave laser"", 《JOURNAL OF PHYSICS: PHOTONICS》 * |
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