专利名称：一种高透过率光学镜片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高透过率光学镜片。
背景技术：
由菲涅尔定理可知道，光在介质的分界面上都会发生反射。在大多数的光学系统中光学透镜都是不可缺少的组成部分，光路中透镜数目越多光由于反射而引起的损耗就越大。因此光学透镜表面经常要镀增透膜。在增透膜的设计中人们一直在寻找折射率低，而且可以在一定范围内可调的一系列低折射率薄膜材料。理论上100％单层增透膜的折射率必须满足nf=n0·ns,]]>其中n0为空气的折射率，ns为基片的折射率。使用最多的基片是玻璃材料或透明的有机材料，它们的折射率一般在1.5左右，因此理论上就要求增透膜的折射率为1.22左右，而且对于宽带增透膜而言就更加要求有一组n0到ns之间可以变化的低折射率薄膜。而现在最小的一种介质材料是氟化镁(MgF2)，它的折射率只有1.35，所以传统的增透膜采取大规模的膜系设计技术来达到这些条件，通常一个性能好的高透过率光学镜片其增透膜系会达到几十层甚至上百层，所以传统的高透过率光学镜片制备工艺相当复杂，成本相对较高。例如，申请号01139082.4，名称为“超窄带通光学薄膜滤光片及膜层厚度产生方法”的专利申请。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种高透过率光学镜片，该光学镜片是在玻璃基片表面上有一层多孔隙结构的光学薄膜，这种多孔隙结构的光学薄膜可以达到较低的折射率值。该高透过率光学镜片不仅在可见光范围具有较高的透过率，而且制备方法简单，成本较低。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种高透过率光学镜片，包括玻璃基片，在玻璃基片表面上有一层光学薄膜，该薄膜为多孔隙结构，孔隙直径为10～100纳米。
一种制备上述高透过率光学镜片的方法，包括(1)将玻璃基片经过150℃～200℃高温、时间20～60分钟的加热处理；(2)将重均分子量在10kg/mol～100kg/mol聚苯乙稀和聚甲基丙稀酸甲脂混合，其质量比为50∶50～5∶95；(3)将上述混合物溶于芳香烃类溶剂或者四氢呋喃中，溶质与溶剂的质量比为1∶20～1∶40，充分搅拌；(4)将上述溶液旋涂在处理过的基片上，旋涂速度1500～4000转/分钟，旋涂时间20～60秒；(5)将上述旋涂好的基片烘干，干燥温度70℃～200℃，干燥时间2～8小时；(6)将上述干燥好的基片放入温度为40℃～70℃的环己烷溶液或者环己酮溶液中浸泡，浸泡时间1～10分钟；(7)将上述浸泡好的基片烘干，干燥温度70℃～200℃，干燥时间2～8小时，得到高透过率光学镜片。
本实用新型的优点在于1.本实用新型的高透过率光学镜片具有较高的透过率，在可见光范围内可以达到96％以上。
2.本实用新型的制备方法简单，成本较低。
3.本实用新型的制备方法可以制备出折射率低于1.35的多孔隙结构光学薄膜。所以其方法可以应用在增透、增反、窄带滤波等光学薄膜器件的设计与制作中，它将大大简化设计和制作的过程，降低成本。
图1是本实用新型高透过率光学镜片的结构示意图。
图2是多孔隙薄膜的等放折射率与孔隙率之间的关系图。
图3(a)～图3(e)是高透过率光学镜片制备方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，2为玻璃基片，在玻璃基片2上有一层光学薄膜1，该薄膜为多孔隙结构，孔隙直径为10～100纳米。薄膜1厚度可在100～200纳米。这种多孔隙结构的薄膜可以保证薄膜有较小的损耗，达到一般常规薄膜无法达到的低折射率，从而得到较高的透过率。已知多孔隙结构薄膜的孔隙率，利用时域有限差分(FDTD)算法可以计算出薄膜等效折射率值，计算结果如图2所示。从图中可看出，多孔隙结构薄膜的等效折射率是与孔隙率的大小密切相关的，只要精确控制孔隙率的大小就可以达到对折射率的精确调整。孔隙率的大小又是通过改变聚苯乙稀和聚甲基丙稀酸甲脂混合时的质量比来实现的一种制备上述高透过率光学镜片的方法实施例1玻璃基片2经过180℃高温、时间30分钟的加热处理。选取聚苯乙烯(PS)重均分子量为10.3kg/mol和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)重均分子量为10.6kg/mol。将这两种高分子材料按3∶7的质量比混合。然后再以1∶20的质量比溶于四氢呋喃(THF)，充分搅拌。将充分搅拌后的混合溶剂倒在处理好的基片2上，如图3(a)所示。将基片放在均胶机的载物台上旋涂，转速2000转/分钟，旋涂时间40秒，如图3(b)所示。旋涂完的基片放入真空烘箱中干燥，温度100℃，时间6小时，如图3(c)所示，图中3为聚苯乙稀，4为聚甲基丙烯酸甲脂。这一步完成时聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯两相已经发生相分离，由于聚甲基丙烯酸甲酯与聚苯乙烯的质量比为7∶3，所以这时聚甲基丙烯酸甲酯形成的是连续相，而聚苯乙烯形成的是形态上较小的离散相，这也是形成孔径很小的多孔隙薄膜的前提条件。干燥完的玻璃基片再浸泡到温度为45℃的环己烷溶液中，浸泡时间为5分钟，如图3(d)所示。这一步是用环己烷溶液对聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的选择性吸收的作用，来达到去除聚苯乙烯相的目的。最后将基片放入真空烘箱加热到100℃高温，时间6个小时进行干燥。得到高透过率光学镜片，如图3(e)所示，该光学镜片可见光范围的平均透过率为95.3％，该玻璃基片表面多孔隙薄膜的厚度为150纳米，孔隙直径约为80纳米，折射率为1.32。
实施例2聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的质量比为5∶95，其余同实施例1，最后得到高透过率光学镜片，该光学镜片可见光范围的平均透过率为94.5％，该玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直径约为20纳米，折射率为1.44。
实施例3聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的质量比为40∶60，其余同实施例1，最后得到高透过率光学镜片，该光学镜片可见光范围的平均透过率为96.5％，该玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直径约为90纳米，折射率为1.30。
实施例4选取聚苯乙烯(PS)重均分子量为96.3kg/mol和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)重均分子量为98.5kg/mol。将这两种高分子材料按4∶6的质量比混合。然后再以1∶40的质量比溶于芳香烃溶剂中，比如氯苯、苯、甲苯，充分搅拌。旋涂前的玻璃基片2要经过150℃高温、时间50分钟的加热处理。将充分搅拌后的混合溶剂到在处理好的基片上，开始旋涂，转速3000转/分钟，旋涂时间60秒。旋涂完的基片放入烘箱中干燥，温度180℃，时间8小时。这一步完成时聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯两相已经发生相分离。干燥完的基片再浸泡到温度为60℃的环己酮溶液中，浸泡时间为8分钟，达到去除聚苯乙烯相的目的。最后将基片放入烘箱加热到180℃高温，时间8个小时进行干燥。最后得到高透过率光学镜片，该光学镜片可见光范围的平均透过率为94.3％，该玻璃基片表面多孔隙薄膜的厚度为110纳米，孔隙直径约为100纳米，折射率为1.33。
实施例5聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的质量比为20∶80，其余同实施例4，最后得到高透过率光学镜片，该光学镜片可见光范围的平均透过率为94.0％，该玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直径约为90纳米，折射率为1.38。
实施例6聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的质量比为5∶95，其余同实施例4，最后得到高透过率光学镜片，该光学镜片可见光范围的平均透过率为93.5％，该玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直径约为50纳米，折射率为1.43。
权利要求1.一种高透过率光学镜片，包括玻璃基片，在玻璃基片表面上有一层光学薄膜，其特征在于该光学薄膜(1)为多孔隙结构，孔隙直径为10～100纳米。
专利摘要本实用新型公开了一种高透过率光学镜片。本实用新型所述的光学镜片是在玻璃基片表面上有一层多孔隙结构的光学薄膜，其孔隙直径为10～100纳米。该光学镜片的制备方法是将聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯按质量比50∶50～5∶95混合，然后溶于芳香烃类溶剂或者四氢呋喃中，将该溶液涂在处理好的玻璃基片上，旋涂该基片，将旋涂好的基片烘干，再浸泡到环己烷溶液或者环己酮溶液中，将浸泡好的基片烘干后，就得到高透过率光学镜片，其可见光范围内的透过率可以达到96％。该制备方法简单，而且可以制备出较低折射率的光学薄膜，该制备方法也可以应用在增透、增反、窄带滤波等光学薄膜器件的设计与制作中，它将大大简化设计和制作的过程，降低成本。
文档编号G02B1/11GK2657020SQ0323753
公开日2004年11月17日 申请日期2003年9月28日 优先权日2003年9月28日
发明者杨振宇, 朱大庆, 许振鄂 申请人:华中科技大学