CN113126185A - 一种实现非对称传输的光学薄膜结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现非对称传输的光学薄膜结构，特别涉及一种利用周期性阵列实现光线非对称传输的光学薄膜结构。这种非对称传输光学薄膜结构包括透明介质基底和位于基底表面的透明介质周期性结构。这种非对称传输薄膜结构利用周期性阵列中高度不同的表面，光正向入射时从不同表面反射的光的相位差在(2n‑1.25)π至(2n‑0.75)π的范围内(n取正整数1，2，3，...)，实现干涉相消。光反向入射时从高度不同表面透射的光的相位差在(2n‑1.25)π至(2n‑0.75)π的范围内，实现干涉相消。这种结构在正向入射时降低反射，在反向入射时降低透射，达到非对称传输的效果，即光的单向传输。

Description

一种实现非对称传输的光学薄膜结构

技术领域

本发明涉及一种非对称传输的光学薄膜结构，特别涉及一种利用周期性结构实现光正向入射时降低反射，反向入射时降低透射的非对称光学薄膜结构。

背景技术

减反膜在光学元件和光电器件中有着广泛的应用。传统的单层减反膜的制备是在基底表面镀一层折射率与厚度符合一定要求的薄膜。其工作原理是从薄膜的上下两个面反射的光的相位差为π的奇数倍，以便实现干涉相消，达到减少反射的效果。对于多层减反膜，其工作原理也是类似，从不同界面反射的光干涉相消。只不过因为反射可以在多个界面发生，反射光的相位差不一定是π的奇数倍。

在实际应用的时候，特别是在一些需要透明窗口的场合，比如眼镜片、透镜、光伏组件表面的玻璃、需要采光的建筑玻璃等，其透明基底表面往往会镀一层或多层薄膜，以便增加光的透过。但是，当光穿过这些窗口后，会被窗口后面的一些物体表面再次反射回来，这些再次反射的光会又一次穿过窗口，出射到外面。在一些应用场合，比如光伏组件表面的玻璃，这种再次出射到外面的情况是不希望出现的，因为会造成光的浪费。

这种问题的出现是由于传统减反膜在设计时仅考虑光从一个方向入射的反射情况，不关心光从另外一个方向入射时的透射情况。因此，如果能够在设计时就考虑光从两个方向入射的情况，可能会实现光的非对称传输，即光正向入射时降低反射，反向入射降低透射，则会非常有应用价值。

发明内容

本发明解决光学结构中光的双向传输问题，提供一种正向入射减反射、反向入射减透射的非对称传输光学薄膜结构。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种实现非对称传输的光学薄膜结构，包括透明介质基底和位于透明介质基底表面的周期性透明介质长条阵列；光从长条阵列一侧正向入射所述光学薄膜结构时，长条阵列表面与基底表面的反射的光的相位差在(2n-1.25)π至(2n-0.75)π的范围内，n取正整数；光从基底一侧反向入射所述光学薄膜结构时，从长条阵列表面与基底表面透过的光的相位差在(2n-1.25)π至(2n-0.75)π的范围内；从长条阵列表面和基底表面反射或透射的光的强度通过改变长条的高度、宽度和间距来调节。

优选地，所述周期性透明介质长条的横截面形状为长方形、半圆形、三角形、“凸”字形或“凹”字形。

优选地，所述透明介质基底和长条的折射率取值范围为1.1-3。

优选地，所述透明介质长条的高度为10nm-10μm。

优选地，所述基底的厚度为30nm-100mm。

优选地，所述透明介质长条阵列的周期为10nm-100μm。

优选地，所述基底和介质的材料为透明有机或无机材料。

优选地，反向入射光源可以位于基底内部或外部。

有益效果：

(1)这种非对称传输光学薄膜结构可以实现对一个方向入射光的减反射和对另一个方向入射光的减透射，达到非对称传输的效果。

(2)采用这种非对称传输光学薄膜结构能够得到更低的反射率。

(3)这种非对称传输光学薄膜结构采用的材料都是透明材料，没有光的损耗。

(4)这种非对称传输光学薄膜结构简单，容易制备，便于批量生产。

附图说明

图1为非对称传输光学薄膜结构示意图；1为周期性透明介质长条阵列，2为透明介质基底。

图2为非对称传输光学薄膜结构示意图；1为横截面为半圆形状的长条阵列，2为透明介质基底。

图3为非对称传输光学薄膜结构示意图；1为横截面为“凹”字形的长条阵列，2为透明介质基底。

具体实施方式

本发明提供一种正向入射减反射、反向入射减透射的非对称传输光学薄膜结构，包括透明介质基底和位于基底表面平行排列的透明介质长条。

所述非对称传输光学薄膜结构利用透明介质基底表面和透明介质长条表面的高度差，使得从两个表面反射的光之间产生相位差。光从长条阵列一侧正向入射所述光学薄膜结构时，长条阵列表面与基底表面的反射的光的相位差在(2n-1.25)π至(2n-0.75)π的范围内(n取正整数1，2，3，...)，可以产生干涉相消现象。通过改变长条的形状和排列周期来调节从透明介质基底表面反射的光强与从透明介质长条表面反射的光强，使得干涉相消的效果最大化，从而让总的反射光强趋近于零。

所述非对称传输光学薄膜结构利用透明介质基底表面和透明介质长条表面的高度差，使得从两个表面透射的光之间产生相位差。光从基底一侧反向入射所述光学薄膜结构时，从长条阵列表面与基底表面透过的光的相位差在(2n-1.25)π至(2n-0.75)π的范围内(n取正整数1，2，3，...)。通过改变长条的形状和排列周期来调节从透明介质基底表面透射的光强与从透明介质长条表面透射的光强，使得干涉相消的效果最大化，从而让总的透射光强趋近于零。在反向入射的情况下，光源可以位于基底内部或外部。

下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。

实施例1：

如图1的结构，在二氧化硅基底的表面上，制备周期性平行排列的长条阵列，长条的横截面为长方形。长条所用材料为折射率n＝1.67的透明介质，宽度为0.375μm，高度为0.375μm，周期为0.75μm，基底的厚度为1mm。在这种情况下，对于波长为500nm的光，正向入射时，从长条表面和基底表面反射的光的相位差为3π；反向入射时，从长条表面和基底表面透射的光的相位差为π。正向和反向入射都可以实现干涉相消，从而达到非对称传输的目的。

实施例2：

如图2的结构，在二氧化硅基底的表面上，制备周期性平行排列的长条阵列，长条的横截面为半圆形。长条所用材料为折射率n＝3.0的透明介质，宽度为0.2μm，高度为0.375μm，周期为0.3μm，基底的厚度为10mm。在这种情况下，对于波长为1000nm的光，正向入射时，从半圆形长条顶端和基底表面反射的光的相位差π；反向入射时，从半圆形长条顶端和基底表面透射的光的相位差为π。正向和反向入射都可以实现干涉相消，从而达到非对称传输的目的。

实施例3：

如图3的结构，在二氧化硅基底的表面上，制备周期性平行排列的长条结构，长条的横截面为“凹”字形。长条所用材料为折射率n＝1.67的透明介质，宽度为0.375μm，其中凹槽的深度为0.025μm，凹槽宽度为0.275μm，凹槽两边的边缘高度为0.4μm，单元周期为0.75μm，基底的厚度为10mm。在这种情况下，对于波长为500nm的光，正向入射时，从凹槽底面和基底表面反射的光的相位差3π；反向入射时，从凹槽底面和基底表面透射的光的相位差为π。正向和反向入射都可以实现干涉相消，从而达到非对称传输的目的。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，包括透明介质基底和位于透明介质基底表面的周期性透明介质长条阵列；光从长条阵列一侧正向入射所述光学薄膜结构时，长条阵列表面与基底表面的反射的光的相位差在(2n-1.25)π至(2n-0.75)π的范围内，n取正整数；光从基底一侧反向入射所述光学薄膜结构时，从长条阵列表面与基底表面透过的光的相位差在(2n-1.25)π至(2n-0.75)π的范围内；从长条阵列表面和基底表面反射或透射的光的强度通过改变长条的高度、宽度和间距来调节。

2.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，所述周期性透明介质长条的横截面形状为长方形、半圆形、三角形、“凸”字形或“凹”字形。

3.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，所述透明介质基底和长条的折射率取值范围为1.1-3。

4.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，所述透明介质长条的高度为10nm-10μm。

5.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，所述基底的厚度为30nm-100mm。

6.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，所述透明介质长条阵列的周期为10nm-100μm。

7.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，所述基底和介质的材料为透明有机或无机材料。

8.根据权利要求1所述的一种实现非对称传输的光学薄膜结构，其特征在于，反向入射光源可以位于基底内部或外部。

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