[發(fā)明專利]一種寬波段反射鏡

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910452121.2
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110119005A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹耀輝;馬鴻晨;姚凱強(qiáng);趙海鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08;G02B1/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 曹成俊

本發(fā)明公開了一種寬波段反射鏡，包括從下向上依次設(shè)置的襯底層、金屬反射層和光子晶體反射層，光子晶體反射層為一維光子晶體；所述光子晶體反射層包括由下至上依次排布的第一光子晶體層、第二光子晶體層和第三光子晶體層；所述第一光子晶體層的光子禁帶的中心波長為300nm，所述第二光子晶體層的光子禁帶的中心波長為340nm，所述第三光子晶體層的光子禁帶的中心波長為380nm。其具有超寬的反射帶寬，高反射率，極大的減小了鍍膜層數(shù)，降低了膜層的內(nèi)應(yīng)力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬波段反射鏡。

背景技術(shù)

反射鏡是一種常見的光學(xué)元件，在常規(guī)尺寸的光學(xué)系統(tǒng)和尺寸很小的微納光學(xué)系統(tǒng)之中都有很重要的應(yīng)用。反射鏡主要用于改變光路，傳遞信息，匯聚能量，避免不必要的能量進(jìn)入系統(tǒng)等。隨著光學(xué)，電磁學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，人們認(rèn)識到：光的本質(zhì)是電磁波，人眼可見的光只是占據(jù)了光譜中很小的一個(gè)波段。除可見光外，還有紫外波段和紅外波段的光。在信息爆炸和傳統(tǒng)能源日漸退出歷史舞臺的時(shí)代，為了獲取或阻隔更多的信息和能量，光學(xué)系統(tǒng)不僅要對可見光波段起作用，還要對紫外和紅外波段起作用。例如，光學(xué)系統(tǒng)為了獲得更多的信息，必須要能夠接收更寬波段的電磁波，而不能夠再局限于可見光波段，在信息獲取方面，紫外光具有能夠使許多熒光物質(zhì)發(fā)光，鑒定偽鈔等作用。紅外線作為所有物體熱輻射的波段，促成了紅外探測儀，紅外溫度檢測儀等裝備的生成和發(fā)展。而利用金屬制作的反射鏡往往對紫外波段具有很高的吸收，普通的反射鏡也無法兼顧紅外波段的需求，故而無法滿足寬帶調(diào)控的目的。

從古時(shí)人們利用銅鏡進(jìn)行成像，到近代出現(xiàn)玻璃加銀反射層的平面反射鏡，反射鏡大多都利用金屬以達(dá)到效果。然而，金屬層往往只能對部分可見光波段的光有一定的反射效率，而在波長較短的紫光和紫外線波段，金屬反射鏡不但不能起到反射作用，還會出現(xiàn)相當(dāng)可觀的吸收。這將極大的影響光學(xué)系統(tǒng)的顏色完整性，并且會損失掉一大部分太陽能和其中所包含的光學(xué)信息。被吸收的能量將會轉(zhuǎn)化成為熱能，這一部分熱將會加速金屬的老化和腐蝕，進(jìn)一步的導(dǎo)致反射鏡的效率和穩(wěn)定性的降低。

為了提高反射鏡的性能，人們最常用的方法就是光學(xué)鍍膜。通過在基底上依次鍍上折射率高低交替排布的薄膜，增加光的反射界面，提高光的反射效率。這是一種行之有效的方法，通過多層鍍膜，對于某一特定頻率的光的反射率能達(dá)到99％以上。

然而如果為了得到很寬的反射波段，往往需要多達(dá)幾百層的鍍膜。這樣的設(shè)計(jì)使得制作工藝效率低下，并且隨著膜層數(shù)的不斷增加，層間的內(nèi)應(yīng)力會增大。百層以上的膜層堆疊往往會容易產(chǎn)生膜層變形，部分膜層脫落的現(xiàn)象。專利號為CN106443848A公開了一種帶寬激光薄膜反射器，只能反射400-700nm的可見光波段。該專利主要應(yīng)用于激光輸出的反射鏡，波長較窄。無法對紫外線和紅外輻射進(jìn)行反射。專利號為CN103048712A公開了一種極紫外反射鏡及其制作方法，雖然可以反射紫外波段，然而只能反射12.5-30nm的極紫外波段。專利號為CN 102112897A公開了寬波段反射鏡,其能夠反射的波段寬度為400nm-2000nm，覆蓋了太陽能波段的主要部分，可以用作太陽能集熱器的反射鏡。然而該專利中的方案使用了至少200層的膜層堆疊。制作工藝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高昂。大量的膜層堆疊必然導(dǎo)致膜層內(nèi)部應(yīng)力的加大，使得整個(gè)鏡面變形。并且，膜層內(nèi)應(yīng)力對于溫度變化非常敏感，這更加限制了這種寬波段反射鏡的使用場景。

總的說來，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題主要如下：反射波段窄，無法同時(shí)覆蓋紫外，可見，紅外這三大波段。故而無法實(shí)現(xiàn)足夠能量和信息的調(diào)控；反射效率低，在傳統(tǒng)的反射鏡中，反射效率大多在85％左右。這既降低了反射的能量，又可能因?yàn)殓R子本身的吸收而產(chǎn)生多余的熱量，導(dǎo)致鏡子的形變和腐蝕。進(jìn)一步影響鏡子的使用壽命和效果；大多數(shù)為利用金屬薄膜所做成的反射鏡。金屬本身會在紫外波段有很高的吸收。同時(shí)，金屬容易遭受到腐蝕和氧化；為了提高抗氧化抗腐蝕性能，現(xiàn)有技術(shù)大多會采用金屬氧化物膜的方式，而這種方式往往會進(jìn)一步降低反射率。