一種低散射超寬帶減反膜及制備方法

本發明屬于光學薄膜，具體涉及一種低散射超寬帶減反膜及制備方法。

背景技術：

1、減反射膜(增透膜)是光學薄膜中一種常見種類，廣泛應用于各類型光學元件的表面鍍膜以減小表面光學反射、提高光利用率(透射或吸收)。在光學儀器及系統中，光路的傳輸過程需要透鏡系統對光束整形和匯聚，透鏡表面的反射光束會造成圖像的鬼影和系統雜散光，因此透鏡鍍膜是減反射膜的典型應用。傳統透鏡減反膜一般集中在某一個光譜波段范圍，如可見光波段，但隨著雙碳戰略的實施以及對綠色清潔能源的需求，尋求太陽光的光能高效利用，需要盡可能地對太陽光實現300-2500nm的紫外-可見-近紅外波段的超寬帶吸收利用。另外，在空間遙感領域，一般對地觀測光學載荷也是同時覆蓋了多個光譜波段以提升遙感的信息量。這些都對光路中的減反射膜提出了超寬帶減反射的需求。

2、在減反射功能的實現上，主要分成兩種方式：一種是基于高低折射率膜層交替生長的多層膜方式，實現不同膜層界面反射光的干涉相消作用，進而實現了某一光譜范圍的減反射；另一種是基于漸變折射率膜的構建，使得任意界面兩邊折射率差異極小，進而減小了界面反射光的強度，從而實現了減反射的效果。在多層膜減反射的方式中，由于干涉現象與波長相關，因此很難實現超寬波段的減反射設計，特別是低折射率膜存在折射率限制的情況下。在漸變折射率膜減反射的方式中，采用的多為漸變孔隙率的亞波長結構或人工微納結構，然而這些結構的存在會引起短波長區的光散射，影響了光的利用效率。控制漸變折射率膜的微觀結構尺寸是控制光散射的關鍵。因此，尋找一種有效拓寬減反射波段且能減小光散射損耗的減反射膜方案是當前光學薄膜領域的重要發展方向。

技術實現思路

1、針對上述現有技術之不足，本發明的目的是提供一種低散射超寬帶減反射膜及制備方法，其可以在逐漸加厚漸變折射率膜層厚度的同時，不會產生大尺寸微觀結構，從而有效減小光散射。

2、為了上述之目的，本發明提出的技術方案是：

3、構建一種低散射超寬帶減反膜，所述減反膜的結構從下往上依次包括基底、折射率漸變膜和介質保護膜；所述基底為完全透光或完全不透光的材料，可以為熔融石英、光學玻璃、黑漆、金屬黑膜或光伏電池等元件；所述折射率漸變膜為原子層沉積的氧化鋁薄膜經水浴法處理后獲得的單層或多層亞波長結構薄膜的堆疊，其折射率從基底折射率漸變至空氣折射率；所述介質保護膜為原子層沉積技術制備的表面復形的納米或亞納米薄膜，附著在所述折射率漸變膜的亞波長結構表面。

4、所述的一種低散射超寬帶減反膜的制備方法，其包括以下步驟：

5、(1)采用原子層沉積在基底或硅片上制備氧化鋁薄膜，厚度10-100nm，采用熱水浴方法處理氧化鋁薄膜，使其轉化為草狀氧化鋁的亞波長結構膜層；

6、(2)對亞波長結構膜層進行光譜或橢偏測量，標定膜層折射率大小及分布，采用原子層沉積在亞波長結構鍍制復形的氧化物薄膜；

7、(3)根據減反射的光譜范圍，在亞波長結構膜層上，繼續重復步驟(1)～(2)，直到減反射的光譜范圍達到預期；

8、(4)采用原子層沉積鍍制納米或亞納米厚度的復形介質保護膜。

9、與現有技術相比，本發明具有如下優點：

10、1、不需要復雜的多層膜設計，對膜層厚度的依賴性降低，可通過增加厚度來實現減反射光譜范圍的展寬；

11、2、多層亞波長結構結合原子層沉積的孔隙填充，可實現折射率的精確調控，實現漸變折射率膜層厚度逐步增加以及折射率分布精確調控；

12、3、控制亞波長結構的微觀結構尺寸從而降低光散射，原子層沉積保證了曲面鍍膜均勻性，適用于大曲率透鏡和異形件鍍膜。

技術特征：

1.一種低散射超寬帶減反膜，其特征在于，所述減反膜的結構從下往上依次包括基底、折射率漸變膜和介質保護膜；

2.一種應用于權利要求1所述的低散射超寬帶減反膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

技術總結
本發明公開了一種低散射超寬帶減反膜及制備方法，屬于光學薄膜技術領域。所述減反膜的結構從下往上依次包括基底、折射率漸變膜和介質保護膜。所述折射率漸變膜為單層或多層亞波長結構堆疊，降低了散射光，其折射率從基底折射率漸變至空氣折射率，從而降低膜層界面引起的反射光，最終達到寬帶減反射效果。介質保護膜采用原子層沉積復形鍍膜，加固亞波長結構，提高可靠性。本發明提供的低散射超寬帶減反膜，降低了亞波長結構的微觀尺寸，減小了光散射，可以實現跨光譜波段的超寬帶減反效果，制備簡單，可批量生產。

技術研發人員：蔡清元,楊雨婷,段微波,鄭玉祥,胡二濤,劉保劍,馬沖,羅海瀚,于天燕,張榮君
受保護的技術使用者：中國科學院上海技術物理研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21