一种宽波长域的高效减反射膜及光学系统
阅读：662发布：2023-01-18
专利汇可以提供一种宽波长域的高效减反射膜及光学系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种宽 波长 域的高效减反射膜及采用该减反射膜的投影显示光学系统和拍摄成像光学系统，减反射膜包括基底及设置在基底上依次由色散补偿膜堆、导纳匹配膜堆和增透膜堆构成的多层膜系所组成。色散补偿膜堆由高折射率Ta2O5膜和次低折射率SiO2膜交替组成；导纳匹配膜堆由高折射率Ta2O5膜和低折射率MgF2膜交替组成；增透膜堆依次由中间折射率Al2O3膜、高折射率Ta2O5膜以及低折射率MgF2膜组成；膜层数为16～23层。该减反射膜在波长域450～650nm内的平均残余反射率为0.0023％。这种减反射膜在投影显示和拍摄成像系统中具有重要意义。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种宽波长域的高效减反射膜及光学系统专利的具体信息内容。
1.一种宽波长域的高效减反射膜，包括基底以及设置在所述基底上的多层膜系，其特征在于，所述的多层膜系由依次设置在所述基底上的色散补偿膜堆、导纳匹配膜堆和增透膜堆构成；
所述的基底为光学玻璃或光学塑料；
所述的色散补偿膜堆由次低折射率的二氧化硅膜和高折射率的五氧化二钽膜或二氧化钛膜交替组成；
所述的导纳匹配膜堆由低折射率的氟化镁膜和高折射率的五氧化二钽膜或二氧化钛膜交替组成；
所述的增透膜堆依次由中间折射率的三氧化二铝膜、高折射率的五氧化二钽膜或二氧化钛膜以及低折射率的氟化镁膜组成。
2.根据权利要求1所述的宽波长域的高效减反射膜，其特征在于，所述的多层膜系中的膜层总数为16～23层。
3.根据权利要求1所述的宽波长域的高效减反射膜，其特征在于，所述的多层膜系中的膜层总数为20层。
4.根据权利要求3所述的宽波长域的高效减反射膜，其特征在于，所述的色散补偿膜堆的膜层数为8层，由基底向外，第1、3、5、7层为高折射率的五氧化二钽膜，第2、4、6、8层为次低折射率的二氧化硅膜，第1至第8层的厚度依次为：9.18，64.76，14.92，160.28，4.08，
69.34，23.25，206.70，单位为nm。
5.根据权利要求4所述的宽波长域的高效减反射膜，其特征在于，所述的导纳匹配膜堆的膜层数为9层，由色散补偿膜堆向外，第9、11、13、15、17层为高折射率的五氧化二钽膜，第
10、12、14、16层为低折射率的氟化镁膜，第9至第17层的厚度依次为：72.63，29.36，17.50，
121.24，69.04，9.48，37.43，114.92，19.87，单位为nm。
6.根据权利要求5所述的宽波长域的高效减反射膜，其特征在于，所述的增透膜堆的膜层数为3层，由导纳匹配膜堆向外，第18至20层依次是三氧化二铝膜、五氧化二钽膜和氟化镁膜，其厚度依次为：34.81，61.36，96.74，单位为nm。
7.一种投影显示光学系统，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的宽波长域的高效减反射膜。
8.一种拍摄成像光学系统，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的宽波长域的高效减反射膜。
一种宽波长域的高效减反射膜及光学系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及高效减反射膜技术领域，具体涉及一种宽波长域的高效减反射膜及采用该减反射膜的投影显示光学系统和拍摄成像光学系统。
背景技术
[0002] 减反射膜是应用最广泛的一种光学薄膜。对折射率1.5到1.9的光学玻璃或光学塑料，其每个表面的反射损失约为4.0％到9.6％，这种表面反射损失造成两个严重的后果：一是光能损失，使像的亮度降低；二是表面反射光经光学系统多次反射成为杂散光，使像的对比度降低。显然，这对诸如投影显示和摄影摄像等复杂的光学系统，这种宽波长域的高效减反射膜是极其关键的。
[0003] 随着薄膜制造技术的不断进步，现今实际薄膜的特性已与理论设计的结果越来越接近。遗憾的是，迄今许多单波长激光增透膜的残余反射率通常只能达到0.1％左右，而可见光区宽波长域增透膜的平均残余反射率通常为0.2％左右。理由就是实际薄膜不仅总是伴随着基底和各薄膜之间以及薄膜和薄膜之间的色散差异，而且还存在着导纳匹配不佳的情况。
[0004] 本实用新型旨在提出一种宽波长域的高效减反射膜，提出在基底和现有常规增透膜堆之间设置色散补偿膜堆以及导纳匹配膜堆，使减反射膜的色散和导纳分别得到比较完善的补偿和匹配，从而把减反射膜的平均残余反射损失降低至最小，不仅提高像的亮度，而且大大降低杂散光，增加图像对比度。这就是说，色散补偿膜堆以及导纳匹配膜堆设计是本实用新型待探索和解决的核心问题。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种宽波长域的高效减反射膜，通过在基底和常规增透膜堆之间设计色散补偿膜堆以及导纳匹配膜堆，来获得低损耗、高对比的投影显示光学系统和拍摄成像光学系统。
[0006] 本实用新型的构思如下：对可见光区宽波长域的增透膜常常釆用三层结构：基底(K9)|四分之一波长三氧化二铝膜(λ0/4Al2O3)-二分之一波长五氧化二钽膜(λ0/2Ta2O5)-四分之一波长氟化镁膜(λ0/4MgF2)|空气，λ0＝520nm，该膜系在450～650nm的平均残余反射率为0.1545％。但是，若在K9基底和λ0/4Al2O3膜之间插入一层λ0/4SiO2膜，即膜系从3层结构变成4层结构：K9|λ0/4SiO2-λ0/4Al2O3-λ0/2Ta2O5-λ0/4MgF2|空气，这时，虽然SiO2膜的折射率与K9基底是非常接近的(分别为1.463和1.519)，也就是说这层SiO2膜对基板的影响是非常小的，但实际上对450～650nm的平均残余反射率的贡献是出乎意料地非常之大，其平均残余反射率从3层结构的0.1545％降低到4层结构的0.0281％。究其原因，实际上，这层插入的λ0/4SiO2膜常因其折射率与K9基板相差不大而被薄膜工程师们所忽视，但恰恰对色散补偿和导纳匹配具有重要的贡献。不妨简单地分析如下：记K9玻璃的折射率为ng，对中心波长520nm，ng＝1.519，而对波长450nm，ng＝1.527，此二个波长之间K9玻璃的折射率色散差为
0.008。若在K9上镀λ0/4SiO2膜，由于SiO2膜在520nm和450nm的折射率ns分别为1.463和
1.467，折射率色散差为0.004，故K9基底和SiO2膜组合成新基底后的折射率(常称组合导纳)为Y＝ns2/ng，即在520nm和450nm的组合导纳Y分别为1.4091和1.4094，这就是说，此二个波长之间组合基底的折射率色散差降到了0.0003，这比K9玻璃的折射率色散差足足降低了
26倍！甚至比SiO2膜本身的折射率色散差也降低了13倍！所以这层λ0/4SiO2膜具有强烈的色散补偿作用。下面再看看导纳匹配情况，对3层结构：K9|λ0/4Al2O3-λ0/2Ta2O5-λ0/4MgF2|空气，从《薄膜光学》可知，对中心波长，由于中间的λ0/2Ta2O5膜是虚设层可以消去，所以只要分析K9|λ0/4Al2O3-λ0/4MgF2|空气的2层结构就行了，从此2层结构可知，Al2O3膜的折射率应该为1.70时才能达到完全匹配，而实际Al2O3膜的折射率只有1.623左右(参见表1)，这显然是偏低了，所以仍会有约0.24％的残余反射率(参见图1)。欲进一步降低残余反射率，在K9基底和Al2O3膜折射率固定的情况下，构思用K9基底与薄膜来重新组合成一个新的基底，并且通过调节薄膜的折射率，期望达到降低新基底折射率之目的，使之与折射率1.623的Al2O3相匹配，实际证明这是可行的。从上面折射率色散分析己可知，K9基底和SiO2膜组合成新基底的组合导纳Y＝1.4091，比原K9基底ng＝1.519降低了约0.11，于是残余反射率可进一步下降到约0.1％(参见图2)，这说明，这层λ0/4SiO2膜不仅具有很强的色散补偿作用，而且也具有很强的导纳匹配作用。
0.008。若在K9上镀λ0/4SiO2膜，由于SiO2膜在520nm和450nm的折射率ns分别为1.463和
1.467，折射率色散差为0.004，故K9基底和SiO2膜组合成新基底后的折射率(常称组合导纳)为Y＝ns2/ng，即在520nm和450nm的组合导纳Y分别为1.4091和1.4094，这就是说，此二个波长之间组合基底的折射率色散差降到了0.0003，这比K9玻璃的折射率色散差足足降低了
26倍！甚至比SiO2膜本身的折射率色散差也降低了13倍！所以这层λ0/4SiO2膜具有强烈的色散补偿作用。下面再看看导纳匹配情况，对3层结构：K9|λ0/4Al2O3-λ0/2Ta2O5-λ0/4MgF2|空气，从《薄膜光学》可知，对中心波长，由于中间的λ0/2Ta2O5膜是虚设层可以消去，所以只要分析K9|λ0/4Al2O3-λ0/4MgF2|空气的2层结构就行了，从此2层结构可知，Al2O3膜的折射率应该为1.70时才能达到完全匹配，而实际Al2O3膜的折射率只有1.623左右(参见表1)，这显然是偏低了，所以仍会有约0.24％的残余反射率(参见图1)。欲进一步降低残余反射率，在K9基底和Al2O3膜折射率固定的情况下，构思用K9基底与薄膜来重新组合成一个新的基底，并且通过调节薄膜的折射率，期望达到降低新基底折射率之目的，使之与折射率1.623的Al2O3相匹配，实际证明这是可行的。从上面折射率色散分析己可知，K9基底和SiO2膜组合成新基底的组合导纳Y＝1.4091，比原K9基底ng＝1.519降低了约0.11，于是残余反射率可进一步下降到约0.1％(参见图2)，这说明，这层λ0/4SiO2膜不仅具有很强的色散补偿作用，而且也具有很强的导纳匹配作用。
[0007] 接下来的问题是如何在宽波长域中实现更完善的色散补偿和导纳匹配呢？通过反复试验，取得了以下认识：一是必须釆用多层膜堆，因为单层膜不可能在整个波长域中具有完全与基底相一致的折射率色散以及完全匹配的导纳，基底折射率色散越大，色散补偿越难，常需要更多的膜层或更大的膜厚。从原理上说，因为色散曲线陡，波长稍微离开导纳匹配波长就很快又不匹配了。二是为了更精确地进行宽波长域色散补偿和宽波长域导纳匹配，有必要将色散补偿和导纳匹配分成两个膜堆，如本实用新型提出的Ta2O5膜和SiO2膜交替的色散补偿膜堆，以及Ta2O5膜和MgF2膜交替的导纳匹配膜堆。三是把色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆依次置于K9玻璃基底和现用增透膜堆之间，虽然色散补偿和导纳匹配是互相关联的，但是先进行玻璃基底的色散补偿，再进行导纳匹配就比较容易了。这样，可望在450～650nm的波长域内实现平均残余反射率0.0023％、最小残余反射率0.0006％的高效减反射膜，这比现有技术的减反射膜平均残余反射率足足降低了二个数量级！
[0008] 以上构思中的高折射率Ta2O5膜在有些情况下可选用TiO2膜，选择的原则是：如果波长域中的波长小于450nm，为了减少吸收损耗，须选择Ta2O5作为高折射率膜，因为当波长小于450nm时，TiO2膜的吸收急剧增加；若波长域中的波长均大于450nm，则可在TiO2和Ta2O5中任选一种材料作为高折射率膜。
[0009] 用于本实用新型的高折射率材料TiO2或Ta2O5、中间折射率材料Al2O3、次低折射率材料SiO2以及低折射率材料MgF2在中心波长520nm附近的折射率如表1所示。需要说明的是，由于商用薄膜设计软件TFCal材料表中的折射率所对应的波长是间隔的，且不一样的，故表1中只能给出最靠近中心波长520nm的折射率值。
[0010] 表1
[0011]
[0012]
[0013] 为实现上述目的，本实用新型所采取的具体技术方案是：
[0014] 一种宽波长域的高效减反射膜，包括基底以及设置在所述基底上的多层膜系，所述的多层膜系由依次设置在所述基底上的色散补偿膜堆、导纳匹配膜堆和增透膜堆构成；
[0015] 所述的基底为光学玻璃或光学塑料；
[0017] 所述的导纳匹配膜堆由低折射率的氟化镁膜和高折射率的五氧化二钽膜或二氧化钛膜交替组成；
[0018] 所述的增透膜堆依次由中间折射率的三氧化二铝膜、高折射率的五氧化二钽膜或二氧化钛膜以及低折射率的氟化镁膜组成；
[0019] 所述的多层膜系中的膜层总数为16～23层。
[0020] 本实用新型中，高折射率、中间折射率、次低折射率、低折射率为相对概念，表明在多层膜系中各材料的折射率的相对高低，是在光学领域中常用的表述术语。
[0021] 进一步地，所述的基底为折射率为1.5至1.9的光学玻璃或光学塑料。
[0022] 进一步地，所述的多层膜系中的膜层总数为20层。所述的色散补偿膜堆的膜层数为8层，由基底向外，奇数层(第1、3、5、7层)为高折射率的五氧化二钽膜，偶数层(第2、4、6、8层)为次低折射率的二氧化硅膜，第1至第8层的厚度依次为：9.18，64.76，14.92，160.28，4.08，69.34，23.25，206.70，单位为nm。
[0023] 所述的导纳匹配膜堆的膜层数为9层，由色散补偿膜堆向外，奇数层(第9、11、13、15、17层)为高折射率的五氧化二钽膜，偶数层(第10、12、14、16层)为低折射率的氟化镁膜，第9至第17层的厚度依次为：72.63，29.36，17.50，121.24，69.04，9.48，37.43，114.92，
19.87，单位为nm。
19.87，单位为nm。
[0024] 所述的增透膜堆的膜层数为3层，由导纳匹配膜堆向外，第18至20层依次是三氧化二铝膜、五氧化二钽膜和氟化镁膜，其厚度依次为：34.81，61.36，96.74，单位为nm。
[0025] 进一步地，所述的多层膜系的高透射波长域为450～650nm，在此波长域内，平均残余反射率为0.0023％。
[0026] 更进一步地，高折射率五氧化二钽膜若用二氧化钛取代，则在450～650nm的波长域内，平均残余反射率进一步降至0.0017％。
[0027] 更进一步地，多层膜系经过适当的厚度调整，就可用于60°的视场角，即入射角从0°至30°的范围内，以每10°间隔所计算的平均残余反射率为0.0171％。
[0028] 本实用新型的宽波长域的高效减反射膜可用于低损耗、高对比的投影显示光学系统和拍摄成像光学系统。
[0029] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0030] 1).现用多层减反射膜最常见的是三层结构：基底|λ0/4-λ0/2-λ0/4|空气或基底|λ0/2-λ0/2-λ0/4|空气，前者用于基底折射率小于1.63，而后者用于基底折射率大于1.63的设计。这种三层结构在设计过程中主要考虑中心波长以及中心波长短波侧和中心波长长波侧的总共三个波长点上的导纳匹配，以达到宽波长域的减反射效果，显然其导纳匹配是比较粗犷的，而且没有包含任何色散补偿的概念。本实用新型在仔细分析4层结构：基底|λ0/4SiO2-λ0/4Al2O3-λ0/2Ta2O5-λ0/4MgF2|空气的基础上，提出了宽波长域色散补偿和导纳匹配的概念，进而设计出了Ta2O5膜(或TiO2膜)和SiO2膜交替的色散补偿膜堆以及Ta2O5膜(或TiO2膜)和MgF2膜交替的导纳匹配膜堆，并把色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆依次镀于基板和常规增透膜堆之间，获得了可见光区宽波长域中残余反射极低的高效减反射膜。这种设计概念不仅可用于诸如K9的低折射率基底，而且同样可用于诸如SF57的高折射率基底；不仅可用于垂直入射光的情况，也可用于斜入射光的情况。
[0031] 2).现有技术设计的可见光区宽波长域减反射膜的平均残余反射率通常为0.2％左右，而且对基底折射率极其敏感，即使减反射膜层数增加，以上情况也依然如此。而运用本实用新型的设计方法，可以获得极优的减反射效果：对低折射率的K9玻璃基底(ng＝1.52@520nm)，在450～650nm的波长域内，若选用高折射率的Ta2O5膜，平均残余反射率为
0.0023％，最小残余反射率为0.0006％；若选用高折射率的TiO2膜，平均残余反射率为
0.0017％，最小残余反射率为0.0004％。而对高折射率的SF57玻璃基底(ng＝1.864@
520nm)，其折射率色散非常大，但釆用本实用新型的设计方法，若选用高折射率的Ta2O5膜，则在450～650nm的波长域内的平均残余反射率为0.0023％，最小残余反射率为0.0005％；
若选用高折射率的TiO2膜，平均残余反射率为0.0018％，最小残余反射率为0.0006％。由此可见：第一，无论对低折射率基底还是高折射率基底，在450～650nm波长域内，本实用新型的减反射膜的平均残余反射率比现有技术的常规膜系足足降低了二个数量级，这是出乎意料的！第二，如前所述，现有技术的常规膜系：基底|λ0/4-λ0/2-λ0/4|空气用于基底折射率小于1.63的情况，而基底|λ0/2-λ0/2-λ0/4|空气用于基底折射率大于1.63的情况，问题是在基底折射率为1.63附近时，减反射效果会变得很差。而对本实用新型，基底折射率从低到高，其减反射特性基本上是一致的，这其中的原因正是因为本实用新型在紧靠玻璃基底处设计了折射率色散补偿膜堆，该膜堆本身就是调节玻璃基底折射率以及玻璃基底与膜层之间的折射率色散差异的，因此玻璃基底折射率高低以及玻璃基底与膜层之间的色散差异基本上不会引起减反射膜残余反射率的太大变化。
0.0023％，最小残余反射率为0.0006％；若选用高折射率的TiO2膜，平均残余反射率为
0.0017％，最小残余反射率为0.0004％。而对高折射率的SF57玻璃基底(ng＝1.864@
520nm)，其折射率色散非常大，但釆用本实用新型的设计方法，若选用高折射率的Ta2O5膜，则在450～650nm的波长域内的平均残余反射率为0.0023％，最小残余反射率为0.0005％；
若选用高折射率的TiO2膜，平均残余反射率为0.0018％，最小残余反射率为0.0006％。由此可见：第一，无论对低折射率基底还是高折射率基底，在450～650nm波长域内，本实用新型的减反射膜的平均残余反射率比现有技术的常规膜系足足降低了二个数量级，这是出乎意料的！第二，如前所述，现有技术的常规膜系：基底|λ0/4-λ0/2-λ0/4|空气用于基底折射率小于1.63的情况，而基底|λ0/2-λ0/2-λ0/4|空气用于基底折射率大于1.63的情况，问题是在基底折射率为1.63附近时，减反射效果会变得很差。而对本实用新型，基底折射率从低到高，其减反射特性基本上是一致的，这其中的原因正是因为本实用新型在紧靠玻璃基底处设计了折射率色散补偿膜堆，该膜堆本身就是调节玻璃基底折射率以及玻璃基底与膜层之间的折射率色散差异的，因此玻璃基底折射率高低以及玻璃基底与膜层之间的色散差异基本上不会引起减反射膜残余反射率的太大变化。
[0032] 3).现有技术设计的减反射膜一般具有较大的角度效应，这是因为现有设计没有进行任何折射率色散补偿，也没有在宽波长域上进行精细的导纳匹配，加上每层膜的厚度较厚(虽然总层数较少)，各种因素叠加致使角度效应比较敏感。而本实用新型的减反射膜可用于60°的视场角，在入射角从0°至30°的范围内，若以每10°间隔计算，则平均残余反射率仅为0.0171％，减反射性能依然非常优良。附图说明
[0033] 图1是现有技术在K9玻璃基底上常用的3层减反射膜的残余反射率与波长的分光曲线；
[0034] 图2是本实用新型在K9玻璃基底上4层减反射膜的残余反射率与波长的分光曲线；
[0035] 图3是K9玻璃基底、SiO2膜以及K9基底和SiO2膜组合基底的折射率色散曲线，其中，1为K9玻璃基底的折射率色散曲线，2为SiO2膜的折射率色散曲线，3为K9基底和SiO2膜组合基底的折射率色散曲线；
[0036] 图4是本实用新型K9玻璃基底具有色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆的减反射膜的残余反射率与波长的分光曲线；
[0037] 图5是SF57玻璃基底的折射率色散曲线；
[0038] 图6是本实用新型SF57玻璃基底具有色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆的减反射膜的残余反射率与波长的分光曲线；
[0039] 图7是本实用新型的SF57玻璃基底具有色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆的减反射膜系的折射率及薄膜厚度曲线；
[0040] 图8是本实用新型采用K9玻璃基底和SF57玻璃基底的减反射膜中用TiO2取代Ta2O5后的残余反射率与波长的分光曲线；其中:a)K9玻璃基底，b)SF57玻璃基底；
[0041] 图9是本实用新型的减反射膜用于视场角60°时的残余反射率与波长的分光曲线，其中:a)为0°入射的残余反射率与波长的分光曲线，b)为10°入射的残余反射率与波长的分光曲线，c)为20°入射的残余反射率与波长的分光曲线，d)为30°入射的残余反射率与波长的分光曲线；
[0042] 图10是本实用新型的减反射用于视场角60°时的膜系的折射率及薄膜厚度曲线；
[0043] 图11是本实用新型宽波长域高效减反射膜的结构示意图。
具体实施方式
[0044] 图1是现有技术在K9玻璃基底(成都光明光电股份有限公司)上常用的3层减反射膜的残余反射率与波长的分光曲线，具体膜系结构为：K9基底|λ0/4Al2O3-λ0/2Ta2O5-λ0/4MgF2|空气。这种三层结构在设计过程中主要考虑中心波长520nm以及中心波长短波侧
470nm和中心波长长波侧595nm三个波长点上的导纳匹配，以达到宽波长域减反射之目的。
显然，在图1中，中心波长520nm的残余反射比较高，这是因为Al2O3膜折射率太低的缘故。在中心波长520nm，若Al2O3膜的折射率能达到1.70，则在520nm的残余反射可以达到零。不幸的是，现实中很难得到折射率为1.70的稳定薄膜，所以无奈采用折射率1.623的Al2O3膜。这也说明该减反射膜的导纳匹配是比较粗犷的，更谈不上有任何色散补偿的概念。
470nm和中心波长长波侧595nm三个波长点上的导纳匹配，以达到宽波长域减反射之目的。
显然，在图1中，中心波长520nm的残余反射比较高，这是因为Al2O3膜折射率太低的缘故。在中心波长520nm，若Al2O3膜的折射率能达到1.70，则在520nm的残余反射可以达到零。不幸的是，现实中很难得到折射率为1.70的稳定薄膜，所以无奈采用折射率1.623的Al2O3膜。这也说明该减反射膜的导纳匹配是比较粗犷的，更谈不上有任何色散补偿的概念。
[0045] 图2是本实用新型在K9玻璃基底上4层减反射膜的残余反射率与波长的分光曲线，具体膜系结构为：K9基底|λ0/4SiO2-λ0/4Al2O3-λ0/2Ta2O5-λ0/4MgF2|空气。可以看出，该膜系仅在图1三层结构的K9基底和Al2O3膜之间插了一层SiO2膜，但是分光曲线却明显得到改善。前面已有专门的分析，说明这层膜同时具有色散补偿作用和导纳匹配作用。表面上看，SiO2膜的折射率与K9基底非常接近，插入SiO2膜应该对K9基底影响不大，但实际上，K9基底和SiO2膜的组合导纳却对色散补偿和导纳匹配产生了重要贡献。由此启发，引入色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆必定会使宽波长域的减反射特性进一步改善。
[0046] 图3是K9玻璃基底、SiO2膜以及K9基底和SiO2膜组合基底的折射率(即组合导纳)色散曲线，在图3中，从K9玻璃基底的折射率色散曲线1、SiO2膜的折射率色散曲线2以及组合基底的折射率色散曲线3可以看出，由于K9玻璃基底的折射率色散比较大，造成三层结构很难实现全波长域的折射率完全匹配，而SiO2膜的折射率色散比较小，它与K9基底组合后使组合基底的折射率色散几乎完全被补偿，这对全波长域导纳匹配是非常有利的。
[0047] 实施例一
[0048] 图4是本实用新型K9玻璃基底上具有色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆的减反射膜残余反射率与波长的分光曲线。该膜系总厚度为1236nm，总共有20层膜，如图11所示，宽波长域的高效减反射膜，包括基底1以及设置在基底1上的多层膜系，多层膜系由依次设置在基底1(具体选用K9玻璃基底或SF57玻璃基底)上的色散补偿膜堆2、导纳匹配膜堆3和增透膜堆4构成；依次分为色散补偿膜堆2、导纳匹配膜堆3和增透膜堆4，其中色散补偿膜堆2层数为8层，由基底向外，奇数层(第1、3、5、7层)为高折射率的Ta2O5膜，偶数层(第2、4、6、8层)为次低折射率的SiO2膜，第1至第8层的厚度依次为：9.18，64.76，14.92，160.28，4.08，69.34，23.25，206.70，单位为nm；导纳匹配膜堆3层数为9层，由色散补偿膜堆2向外，奇数层(第9、
11、13、15、17层)为高折射率的Ta2O5膜，偶数层(第10、12、14、16层)为低折射率的MgF2膜，第
9至第17层的厚度依次为：72.63，29.36，17.50，121.24，69.04，9.48，37.43，114.92，19.87，单位为nm；增透膜堆4层数为3层，由导纳匹配膜堆3向外，第18至20层依次是Al2O3膜、Ta2O5膜和MgF2膜，其厚度依次为：34.81，61.36，96.74，单位为nm。该膜系在波长450-650nm的平均残余反射率为0.0023％，最小反射率0.0006％，减反射性能极其优良。注意：在本实用新型的残余反射率分光曲线图示中，纵坐标的最大值是0.5％，这比常规表示放大了8～10倍。
11、13、15、17层)为高折射率的Ta2O5膜，偶数层(第10、12、14、16层)为低折射率的MgF2膜，第
9至第17层的厚度依次为：72.63，29.36，17.50，121.24，69.04，9.48，37.43，114.92，19.87，单位为nm；增透膜堆4层数为3层，由导纳匹配膜堆3向外，第18至20层依次是Al2O3膜、Ta2O5膜和MgF2膜，其厚度依次为：34.81，61.36，96.74，单位为nm。该膜系在波长450-650nm的平均残余反射率为0.0023％，最小反射率0.0006％，减反射性能极其优良。注意：在本实用新型的残余反射率分光曲线图示中，纵坐标的最大值是0.5％，这比常规表示放大了8～10倍。
[0049] 实施例二
[0050] 图5是SF57玻璃基底(肖特，Schott)的折射率色散曲线。与图3的K9玻璃基底的折射率色散曲线相比，可以看出，SF57玻璃不仅折射率高，而且折射率色散更大，这种折射率色散很大的基底设计会更困难。
[0051] 图6是本实用新型SF57玻璃基底上具有色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆的减反射膜残余反射率与波长的分光曲线。该膜系总厚度为1215.4nm，总共有18层膜(参见图7)。与图4所示膜系类似，色散补偿膜堆层数为6层，由基底向外，奇数层(第1、3、5层)为Ta2O5膜，偶数层(第2、4、6层)为SiO2膜；导纳匹配膜堆层数为9层，由色散补偿膜堆向外，奇数层(第7、9、11、13、15层)为Ta2O5膜，偶数层(第8、10、12、14层)为MgF2膜；增透膜堆层数为3层，由导纳匹配膜堆向外依次是Al2O3膜、Ta2O5膜和MgF2膜。该膜系在波长450-650nm的平均残余反射率为
0.0023％，最小反射率0.0005％，减反射性能与图4所示几乎相同。
0.0023％，最小反射率0.0005％，减反射性能与图4所示几乎相同。
[0052] 图7是本实用新型的SF57玻璃基底具有色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆的减反射膜系的折射率及薄膜厚度曲线。图7中，纵坐标表示折射率，横坐标表示膜厚，所以对应各膜层的折射率和厚度均可从图中获得。
[0053] 实施例三
[0054] 图8是本实用新型图4和图6所示的减反射膜中用TiO2取代Ta2O5后的残余反射率与波长的分光曲线；其中:a)为采用K9玻璃基底的情况，b)为采用SF57玻璃基底的情况。在图8(a)中，膜系总厚度为1195nm，总共有16层膜。最终获得在波长450-650nm的平均残余反射率为0.0017％，最小反射率0.0004％。在图8(b)中，膜系总厚度为1416nm，总共也是16层膜。最终获得在波长450～650nm的平均残余反射率为0.0016％，最小反射率0.0003％。可见，用更高折射率的TiO2膜取代Ta2O5膜后的残余反射率甚至更低。
[0055] 实施例四
[0056] 图9是本实用新型的减反射膜用于视场角60°时的残余反射率与波长的分光曲线；其中:a)为0°入射，b)为10°入射，c)为20°入射，d)为30°入射。在图9中，把视场角设计成60°时，设计难度迅速增加，表现在：一是减反射特性变差；二是膜层数增加。图10是本实用新型的减反射用于视场角60°时的膜系折射率及薄膜厚度曲线。从图10可以看出，此膜系总共23层，膜厚为1387nm。膜系结构与前面介绍的典型结构已有所不同：紧靠K9玻璃基底的20层是Al2O3和Ta2O5的交替膜，可以认为色散补偿膜堆和导纳匹配膜堆是融合在一起的；继而是3层增透膜，依次为SiO2、Ta2O5和MgF2。为计算全角下的平均残余反射率，由于60°视场角对应于30°入射角，故以10°间隔的入射角先计算平均残余反射率(参见图9)，然后再对4个入射角的残余反射率求平均，得到该膜系的平均残余反射率为0.0171％，此值虽比上述本实用新型的0°入射结构的平均残余反射率上升了一个数量级，但仍然比现有技术的0°入射结构的平均残余反射率小一个数量级，显然，对60°视场角，这依然是一个极其优质的宽角减反射膜。可以认为，色散补偿和导纳匹配设计使得入射角对减反射膜特性影响的敏感度大大降低，因而在60°视场角下仍能获得优良的减反射特性。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
波长热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈