[發明專利]一種基于損耗材料薄膜的增透系統

有效

• 申請號: 201510013322.4
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104570165B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 杜凱凱;李強;仇旻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B1/113
• 分類號: G02B1/113
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光電子領域與薄膜光學領域，具體是一種基于損耗材料薄膜的增透系統。

背景技術

在光電子領域，經常需要在器件表面涂鍍一層金屬薄膜來添加電極或者加強表面的導電性能，這種技術在太陽能電池、電鏡檢測、微納加工等領域得到了非常廣泛的應用，但是由于金屬材料本身對光波存在一定的吸收而阻止入射光入射到器件上，對于器件的性能以及光學檢測造成了非常不利的影響。對于傳統的光學鏡頭、光學玻璃等，通過在表面鍍一層低折射率的無損介質薄膜可以實現普通光學元件的增透，而且，受到多光束干涉物理本質的限制，薄膜的光學厚度必須達到波長的1/4。然而，對于表面鍍有金屬薄膜的器件來說，至今沒有一種有效的措施在保證金屬薄膜電學功能的前提下實現光學性能的提升。

發明內容

本發明的目的是針對上述現狀的不足，利用損耗材料的光學特性，提出了一種基于損耗材料薄膜的增透系統。

本發明解決該技術問題采用的技術方案如下：

本發明增透系統沿光線傳播方向依次包括厚度為5～100nm的損耗材料薄膜、厚度小于50nm的金屬薄膜、透明襯底；

所述的透明襯底主要用于支撐損耗材料薄膜和金屬薄膜，采用各項同性低色散高透過率的透明材料，對入射光無調制作用；可以選擇普通玻璃(SiO₂)、藍寶石玻璃(Al₂O₃)、透明塑料等；

所述的金屬薄膜鍍在透明襯底表面，它的存在主要是為了其高電導率等功能的實現，厚度在納米級別，對光線有較低的透過率；金屬薄膜由常見金屬材料構成，優選為銀材質薄膜；

所述的損耗材料薄膜鍍在金屬薄膜表面，對于增透起主要作用，材料成分為對目標波長有復折射率(但虛部絕對值小于實部絕對值)的材料，即對光束有吸收損耗的材料，從工藝角度考慮該薄膜可以通過濺射、蒸鍍、離子鍍、凝膠等方法來實現；損耗材料薄膜的材質優選為硅材質薄膜或鍺材質薄膜；

所述的損耗材料薄膜與金屬薄膜厚度選擇可根據增透系統的透射率，并通過以下計算進行求解：

損耗材料薄膜與金屬薄膜厚度遵循薄膜系統的特征矩陣方程，對于兩層膜系統，膜系特征矩陣見公式(1)：

其中M1、M2分別為金屬薄膜與損耗材料薄膜的特征矩陣；

和分別為金屬薄膜與損耗材料薄膜的復折射率，h₁和h₂分別為金屬薄膜與損耗材料薄膜的厚度，λ為入射波長，ε₀為真空介電常數，μ₀為真空磁導率；

根據公式(2)得到薄膜系統的透射系數為

其中n₀和n_G分別為空氣和透明襯底的折射率；

則透射率為T＝t·t^*。

本發明具有的有益效果是：

利用損耗材料薄膜本身的光學性能，與金屬薄膜之間形成諧振，從而另辟蹊徑，在保證金屬薄膜功能實現的基礎上，利用納米級厚度的損耗材料薄膜，實現對選擇波長的多倍增透，極大地提高器件的光學性能，促進光電子器件性能的極大提升，對于微納加工行業以及太陽能電池等產業有著很大的推動作用。

附圖說明

圖1為本發明基于損耗材料的增透系統結構示意圖：

圖2(a)為實施例1所述光透過率與20nm銀膜表面鍍鍺膜厚度關系示意圖；

圖2(b)為實施例1所述增透倍率與20nm銀膜表面鍍鍺膜厚度關系圖。

圖3(a)為實施例2所述光透過率與30nm銀膜表面鍍硅膜厚度關系示意圖；

圖3(b)為實施例2所述光透過率與40nm銀膜表面鍍硅膜厚度關系示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細說明：本實施方式案例以本發明提出的基于損耗材料薄膜的增透系統為前提，但本發明的保護范圍并不限于下述實施方式與案例。

如圖1所示，一種基于損耗材料薄膜的增透系統包括厚度為5～100nm的損耗材料薄膜、厚度小于50nm的金屬薄膜、透明襯底。金屬薄膜均勻地鍍在透明襯底表面，損耗材料薄膜鍍在金屬薄膜上表面。

所述的損耗材料薄膜與金屬薄膜厚度選擇可根據增透系統的透射率，并通過以下計算進行求解：

損耗材料薄膜與金屬薄膜厚度遵循薄膜系統的特征矩陣方程，對于兩層膜系統，膜系特征矩陣見公式(1)：