CN213903843U - 一种远红外硅基超透镜增透膜及超透镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实公开了一种远红外硅基超透镜增透膜及超透镜，远红外硅基超透镜增透膜包括依次设置的基底层、Ge层、相互交替的ZnS层和YF3层；其中所述Ge层和所述YF3层不相邻，所述远红外硅基超透镜增透膜的最外层为ZnS层，所述Ge层、相互交替的所述ZnS层和所述YF3层的厚度之和大于300nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层外包括4层以上。通过在超透镜的平面基底和微纳结构面上镀增透膜来提高硅基超透镜在远红外波段的透过率。相比现有的红外超透镜，本实用新型的远红外硅基超透镜增透膜有效提高了超透镜的宽谱透过率，且膜层致密，膜层间应力相匹配、附着力强，且远红外硅基超透镜增透膜制备简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学镀层技术领域，尤其涉及一种远红外硅基超透镜增透膜。
背景技术
红外光学超透镜由于其超薄厚度、高成像性能有着替换传统光学透镜的潜质，并在测温热成像、工业检测和国防安全领域有着重要应用。
但由于超透镜材料的表面反射效应，其宽谱反射率较高，在远红外波段的透过率较低，从而增加了红外光学系统中的杂散光，影响成像对比度。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种远红外硅基超透镜增透膜及镀有该增透膜的超透镜。
一方面，本实用新型实施例的提供一种远红外硅基超透镜增透膜，包括依次设置的基底层、Ge层、相互交替的ZnS层和YF3层；其中所述Ge层和所述YF3层不相邻，所述远红外硅基超透镜增透膜的最外层为ZnS层，所述Ge层、相互交替的所述ZnS层和所述YF3层的厚度之和大于300nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层外包括4层以上。
可选地，所述Ge层包括1层，所述ZnS层包括至少两层，所述YF3层包括至少一层，所述ZnS层比所述YF3层的数量多一层。
可选地，所述远红外硅基超透镜增透膜除基底层外包括6层，依次为： Ge层、第一ZnS层、第一YF3层、第二ZnS层、第二YF3层和第三ZnS层。
可选地，所述Ge层、第一ZnS层、第一YF3层、第二ZnS层、第二YF3 层和第三ZnS层的厚度范围分别为20-80nm、600-1000nm、200-400nm、40-100nm、200-400nm和50-200nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层外的厚度≥1110nm且≤2180nm。
可选地，单层所述Ge层的厚度为20-80nm，单层所述ZnS层的厚度为 40-1000nm，单层所述YF3层的厚度为200-400nm。
可选地，所述基底层为平面硅或硅基纳米结构。
可选地，当所述基底层为平面硅时，所述远红外硅基超透镜增透膜在8-12 微米的远红外波段内的反射率小于1％。
可选地，当所述基底层为硅基纳米结构时，所述远红外硅基超透镜增透膜在8-12微米的远红外波段内的反射率小于4％。
另一方面，本实用新型还提供一种超透镜，所述超透镜具有平面基底和微纳结构面，所述平面基底和微纳结构面上镀有上述或其可选技术方案的远红外硅基超透镜增透膜。
由以上本实用新型实施例提供的技术方案可见，本实用新型通过在超透镜的平面基底和微纳结构面上镀远红外硅基超透镜增透膜来提高硅基超透镜在远红外波段的透过率，相比现有的红外超透镜，本实用新型的远红外硅基超透镜增透膜有效提高了超透镜的宽谱透过率，成像对比度高，且膜层致密，膜层间应力相匹配、附着力强，且远红外硅基超透镜增透膜制备简单。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
图1A是本实用新型一实施例的远红外硅基超透镜增透膜的结构示意图；
图1B是本实用新型一优选实施例的远红外硅基超透镜增透膜的结构示意图；
图2A是本实用新型一实施例的远红外硅基超透镜增透膜镀膜流程示意图；
图2B是本实用新型另一实施例的远红外硅基超透镜增透膜镀膜流程示意图；
图3A是本实用新型一实施例中未镀膜纳米柱结构在8μm的光相位、透过率与纳米柱直径关系曲线图；
图3B是本实用新型一实施例中未镀膜纳米柱结构在10μm的光相位、透过率与纳米柱直径关系曲线图；
图3C是本实用新型实一施例中未镀膜纳米柱结构在12μm的光相位、透过率与纳米柱直径关系曲线图；
图3D是按照本实用新型另一实施例的镀膜流程镀远红外硅基超透镜增透膜的纳米柱结构在8μm的光相位、透过率与纳米柱直径关系曲线图；
图3E是按照本实用新型另一实施例的镀膜流程镀远红外硅基超透镜增透膜的纳米柱结构在10μm的光相位、透过率与纳米柱直径关系曲线图；
图3F是按照本实用新型另一实施例的镀膜流程镀远红外硅基超透镜增透膜的纳米柱结构在12μm的光相位、透过率与纳米柱直径关系曲线图；
图4A为未镀膜纳米柱结构的成像图；
图4B为纳米柱结构按照本实用新型一实施例或另一实施例的镀膜流程镀远红外硅基超透镜增透膜后的成像图；
附图标记：
远红外硅基超透镜增透膜100，基底层1，Ge层2，ZnS层3，第一ZnS 层3a，第二ZnS层3b，第三ZnS层3c，YF3层4，第一YF3层4a，第二YF3层4b，光刻胶5a、5b，超透镜微纳结构6a、6b，超透镜镜片7a、7b。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
近年来光学超表面快速兴起并成为一种实现小型化、平面化光学的主流方式。光学超表面已经展示了基于超表面的锥透镜、闪耀光栅、偏振片、全息干板和平面透镜。连续的2π相位变化的超表面使得单层消球差超透镜成为现实。但超透镜系统和传统光学系统一样有着表面反射，从而增加系统的杂散光降低成像对比度。
本实用新型实施例提供一种远红外硅基超透镜增透膜及其制备方法，此远红外硅基超透镜增透膜单面反射率低，各膜系致密度高，各膜层间的应力匹配、附着力强且制备简单，设置有该远红外硅基超透镜增透膜的超透镜，在不影响超透镜微纳结构相位调制的情况下，可以提高宽谱透过率，解决了硅基超透镜宽谱透过率低的问题。
下面，将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图1A至4B 中。
如图所示，一种远红外硅基超透镜增透膜100，包括依次设置的基底层1、 Ge层2、相互交替的ZnS层3和YF3层4；其中所述Ge层2和所述YF3层4 不相邻，所述远红外硅基超透镜增透膜的最外层为ZnS层3，所述Ge层2、相互交替的所述ZnS层3和所述YF3层4的厚度之和大于300nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层1外包括4层以上。在所述基底层1和所述ZnS层之间设置所述Ge层2，可以确保所述基底层1和其他层之间的应力相抵消，镀膜后更加紧密不易脱落。
所述基底层1为平面硅结构或硅基纳米结构，当所述基底层1为平面硅结构时，所述远红外硅基超透镜增透膜在8-12微米的远红外波段内的反射率小于1％；当所述基底层1为硅基纳米结构时，所述远红外硅基超透镜增透膜在8-12微米的远红外波段内的反射率小于4％。通过在超透镜的平面基底和/ 或微纳结构面上镀该远红外硅基超透镜增透膜100，可以提高硅基超透镜在远红外波段的透过率，相比现有的红外超透镜，本实用新型的远红外硅基超透镜增透膜有效提高了超透镜的宽谱透过率。
具体的，所述远红外硅基超透镜增透膜100除所述基底层1外包括4层以上。
作为本实用新型的优选实施例，所述Ge层2包括1层，所述ZnS层3 包括至少2层，所述YF3层4包括至少1层，所述ZnS层3比所述YF3层4 的数量多一层。
可选地，单层所述Ge层2的厚度为20-80nm，单层所述ZnS层3的厚度为40-1000nm，单层所述YF3层4的厚度为200-400nm。
作为本实用新型的进一步优选实施例，所述远红外硅基超透镜增透膜100 除所述基底层1外包括6层，依次为：Ge层2、第一ZnS层3a、第一YF3层4a、第二ZnS层3b、第二YF3层4b和第三ZnS层3c。该远红外硅基超透镜增透膜100除所述基底层1外包括6层，这样的结构，不仅可以有效提高超透镜在远红外波段的透过率，且成本低。在本实用新型的其他优选实施方式中，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层1外包括6层以上，如8层、 10层、12层等，在此不做赘述。
具体的，所述Ge层2、所述第一ZnS层3a、所述第一YF3层4a、所述第二ZnS层3b、所述第二YF3层4b和所述第三ZnS层3c的厚度范围分别为 20-80nm、600-1000nm、200-400nm、40-100nm、200-400nm和50-200nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层1外的厚度≥1110nm且≤2180nm，例如在某一更优选实施例中，所述Ge层、所述第一ZnS层、所述第一YF3层、所述第二ZnS层、所述第二YF3层、所述第三ZnS层的厚度分别为50纳米、 800纳米、300纳米、70纳米、300纳米、125纳米。
本实用新型还提供上述远红外硅基超透镜增透膜的制备方法，具体制备环境如下：起始真空度为1×10-3Pa，温度为110℃，离子源加速电压为160V，屏级电压为380V，束流为30mA。
各层膜材料蒸发前，先用离子源对基底进行6min的轰击，所示Ge层2 原材料的蒸发速率为0.2±0.05nm/s，所示ZnS层3原材料的蒸发速率为0.4 ±0.05nm/s，所示YF3层4原材料的蒸发速率为0.5±0.05nm/s。
实施例中未提及其他技术参数参照现有技术选择。
本实施例中的远红外硅基超透镜增透膜镀膜设备如下：选用包含膜厚控制仪、离子源、真空室和蒸发系统的蒸镀机，例如KRI考夫曼霍尔离子源光学蒸镀镀膜机。
图2A是本实用新型一实施例的远红外硅基超透镜增透膜镀膜流程图，此镀膜流程是先光刻后镀膜，包括如下步骤：
(1)在硅基底层1上涂一层紫外(i线365nm)光刻胶5a，所述光刻胶5a 的厚度为600～1200nm；
(2)通过光刻机曝光显影得到超透镜微纳结构6a；
(3)通过干刻蚀法来刻硅基底层1，从而形成超透镜镜片7a；
(4)在超透镜镜片7a双面镀本实用新型的远红外硅基超透镜增透膜100。
图2B是本实用新型另一实施例的远红外硅基超透镜增透膜镀膜流程图，此镀膜流程是先镀膜后光刻，包括如下步骤：
(1)在硅基底层1双面镀本实用新型的远红外硅基超透镜增透膜100；
(2)在镀远红外硅基超透镜增透膜后硅基底层1上涂一层紫外(i线365nm) 光刻胶5b；
(3)通过光刻机曝光显影得到超透镜微纳结构6b；
(4)通过干刻蚀法来刻硅基底层1，从而形成超透镜镜片7b。
图3A、图3B和图3C分别是未镀膜纳米柱(高11.75μm)分别在8μm、 10μm和12μm的光相位、透过率与纳米柱直径的关系。其中，纳米柱结构在 8μm、10μm和12μm的平均透过率分别为86.3％,87.4％和79.3％。
图3D、图3E和图3F分别是镀如图1B所示的增透膜纳米柱分别在8μm、 10μm和12μm的光相位、透过率与纳米柱直径的关系。其中，纳米柱结构在 8μm、10μm和12μm的平均透过率分别为98％,95.8％和96％。
相比于未镀膜结构，在超透镜的平面基底和微纳结构面上镀该远红外硅基超透镜增透膜100后，纳米柱结构的透过率明显提高，符合GJB2485-95光学膜层通用的规范要求。如图4A所示为镀膜前的成像图，图4B为镀膜后的成像图，从图4B中可以看出镀膜后的图像对比度明显提高，图像质量完全高于镀膜前。
本实用新型通过在超透镜的平面基底和微纳结构面上镀该远红外硅基超透镜增透膜100来提高硅基超透镜在远红外波段的透过率，相比现有的红外超透镜，本实用新型的远红外硅基超透镜增透膜100有效提高了超透镜的宽谱透过率，膜层致密，膜层间应力相匹配、附着力强，且该远红外硅基超透镜增透膜制备简单。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，包括依次设置的基底层、Ge层、相互交替的ZnS层和YF3层；其中所述Ge层和所述YF3层不相邻，所述远红外硅基超透镜增透膜的最外层为ZnS层，所述Ge层、相互交替的所述ZnS层和所述YF3层的厚度之和大于300nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层外包括4层以上。
2.根据权利要求1所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，所述Ge层包括1层，所述ZnS层包括至少两层，所述YF3层包括至少一层，所述ZnS层比所述YF3层的数量多一层。
3.根据权利要求2所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，所述远红外硅基超透镜增透膜除基底层外包括6层，依次为：Ge层、第一ZnS层、第一YF3层、第二ZnS层、第二YF3层和第三ZnS层。
4.根据权利要求3所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，所述Ge层、第一ZnS层、第一YF3层、第二ZnS层、第二YF3层和第三ZnS层的厚度范围分别为20-80nm、600-1000nm、200-400nm、40-100nm、200-400nm和50-200nm，所述远红外硅基超透镜增透膜除所述基底层外的厚度≥1110nm且≤2180nm。
5.根据权利要求1所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，单层所述Ge层的厚度为20-80nm，单层所述ZnS层的厚度为40-1000nm，单层所述YF3层的厚度为200-400nm。
6.根据权利要求1所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，所述基底层为平面硅或硅基纳米结构。
7.根据权利要求6所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，当所述基底层为平面硅时，所述远红外硅基超透镜增透膜在8-12微米的远红外波段内的反射率小于1％。
8.根据权利要求6所述的远红外硅基超透镜增透膜，其特征在于，当所述基底层为硅基纳米结构时，所述远红外硅基超透镜增透膜在8-12微米的远红外波段内的反射率小于4％。
9.一种超透镜，其特征在于所述超透镜具有平面基底和微纳结构面，所述超透镜的所述平面基底和微纳结构面上镀有权利要求1-8任一项所述的远红外硅基超透镜增透膜。
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| CN202022010432.4U CN213903843U (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种远红外硅基超透镜增透膜及超透镜 |
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|---|---|
| CN (1) | CN213903843U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11927769B2 (en) | 2022-03-31 | 2024-03-12 | Metalenz, Inc. | Polarization sorting metasurface microlens array device |
| US11978752B2 (en) | 2019-07-26 | 2024-05-07 | Metalenz, Inc. | Aperture-metasurface and hybrid refractive-metasurface imaging systems |
| US11988844B2 (en) | 2017-08-31 | 2024-05-21 | Metalenz, Inc. | Transmissive metasurface lens integration |
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| US11988844B2 (en) | 2017-08-31 | 2024-05-21 | Metalenz, Inc. | Transmissive metasurface lens integration |
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