一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备的制作方法

本发明涉及一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备。

背景技术

光学薄膜是一类重要的光学元件，在光的传输、调制、光谱和能量的分割与合成以及光与其他能态的转换过程中起着不可替代的作用。其中在各种投影、照明和通信传输过程中，反射镜是一种必不可少的光学元器件；但因其在使用过程中，较高能量的累积可能迅速损坏敏感元件。需经过专门镀膜的热反射镜，来透射可见光以及反射近红外光；这样才可大大降低传输热量，对整个系统性能带来最低影响。

本发明涉及的宽角度近红外热反射镜就是这样一种光学元器件，它具有使用角度大；通信波段具有较高反射率，在光学系统所需的角度和反射率均可调节；同时在可见光波段具有较高的透过率，可用来降低光学系统的热量，以减少对敏感元器件的损坏等特点。此类产品具有强烈的市场应用需求，但因常规短波通（l/2hl/2）设计优化时，会因在λ/3处出现高反带，而难以消除。因而发明一种便于稳定制备的膜系结构，并减少加工所带来的成本因素是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能有效降低制备难度，减少加工成本，而且膜层牢固度好、硬度强等特点的一种宽角度近红外热反射镜。其在入射角度为40°-50°时，1550nm反射率达到99.5%以上，可见光（420-680）nm的透过率达到85%以上。

本发明是这样实现的：一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，它包括特定膜堆结构（1）丨光学玻璃基片（2）；所述特定膜堆结构为：(ahblchblahcl)^m，其中：h表示光学厚度为λ/4的高折射率材料ta2o5膜层，l表示光学厚度为λ/4的低折射率材料sio2膜层，λ为中心波长，a，b和c，为光学厚度的比例系数，m为膜堆周期数；本发明根据所需产品指标要求选取a为0.1-0.3，b为0.1-0.3，c为0.7-0.9，m为13。

本发明的优点在于：设计出合适的膜层结构，以类似准规整膜堆设计，具有结构稳定，控制容差大；其中m值越大，反射率越高，同时透过率均可保持在85%以上；可广泛应用各种使用波段透明的玻璃材料。这样可以大大降低控制难度和成本，实现成品批量化优势。

附图说明

图1为本发明所提供一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备的膜层结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的反射率光谱曲线；

图3为本发明实施例1提供的透过率光谱曲线；

图4为本发明实施例2提供的反射率光谱曲线；

图5为本发明实施例2提供的透过率光谱曲线；

图6为本发明实施例3提供的反射率光谱曲线；

图7为本发明实施例3提供的透过率光谱曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：

如图1所示为本发明提供的一种宽角度近红外热反射镜的设计结构示意图，它包括特定膜堆结构（1）丨光学玻璃基片（2）；所述特定膜堆结构为：(ahblchblahcl)^m，其中：h表示光学厚度为λ/4的高折射率材料ta2o5膜层，l表示光学厚度为λ/4的低折射率材料sio2膜层，λ为中心波长，a，b和c，为光学厚度的比例系数，m为膜堆周期数；本发明根据目标产品指标要求选取a为0.1-0.3，b为0.1-0.3，c为0.7-0.9，m为13。所述特定膜堆结构（1）按距离光学玻璃基片（2）由近及远依次为：第1层，ta2o5膜层（11）、第2层，sio2膜层（12）、第3层，ta2o5膜层（11）、第4层，sio2膜层（12）、第5层，ta2o5膜层（11）、第6层，sio2膜层（12），以此周期镀制13次。

2、根据权利要求1所述的一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，其特征在于：ta2o5膜层（11）厚度为18.36-55.08nm、第2层，sio2膜层（12）厚度为26.88-80.65nm、第3层，ta2o5膜层（11）厚度为128.53-165.25nm、第4层，sio2膜层（12）厚度为26.88-80.65nm、第5层，ta2o5膜层（11）厚度为18.36-55.08nm、第6层，sio2膜层（12）厚度为188.18-241.95nm。重复周期数为13。

本发明制备方法的具体步骤为：

①准备玻璃基底材料；

②选择ta2o5和sio2作为镀膜材料；

③清洗玻璃基材层：对玻璃基底进行超声波清洗，然后烘干，再装进镀膜机；

④抽真空，使得本底真空度低2*10-3pa，然后对玻璃基底进行加热烘烤，温度达到120-150℃，并恒温20-30分钟；

⑤使用射频离子源对清洗后的玻璃基材层刻蚀5-10分钟；

⑥使用射频离子源辅助电子束蒸发法在经过步骤⑤处理的玻璃基底表面依照距离玻璃基材层从近至远依次交替沉积镀制：第1层，ta2o5膜层（11）、第2层，sio2膜层（12）、第3层，ta2o5膜层（11）、第4层，sio2膜层（12）、第5层，ta2o5膜层（11）、第6层，sio2膜层（12），以此周期镀制13次。

①在完成步骤⑥的过程中，镀制各sio2膜层时，控制沉积速率为0.6-0.8nm/s，充氧量为5-10sccm，离子束电压为600-800v，离子束电流为600-800ma；

镀制各ta2o5膜层时，控制沉积速率为0.2-0.4nm/s，充氧量为0-15sccm，离子束电压为600-800v，离子束电流为500-600ma；

步骤⑤在使用射频离子源对玻璃基材(1)刻蚀时，离子束电压为400-600v，离子束电流为400-600ma。在镀制sio2膜层和ta2o5膜层时，工件盘的公转速度控制在20-25r/min。

实施例1

一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，它包括特定膜堆结构（1）丨光学玻璃基片（2）；所述特定膜堆结构为：(ahblchblahcl)^m。所述特定膜堆结构（1）按距离光学玻璃基片（2）由近及远依次为：第1层，ta2o5膜层（11）、第2层，sio2膜层（12）、第3层，ta2o5膜层（11）、第4层，sio2膜层（12）、第5层，ta2o5膜层（11）、第6层，sio2膜层（12），以此周期镀制m次。

2、根据权利要求1所述的一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，其特征在于：第1层，ta2o5膜层（11）厚度为36.72nm、第2层，sio2膜层（12）厚度为53.77nm、第3层，ta2o5膜层（11）厚度为146.89nm、第4层，sio2膜层（12）厚度为53.77nm、第5层，ta2o5膜层（11）厚度为36.72nm、第6层，sio2膜层（12）厚度为215.06nm。重复周期数为13。

所述的玻璃基材采用bk7。

如图2和图3所示，为实施例1关于宽角度近红外热反射镜设计的反射率和透射率曲线图，从图中可以看出，本发明提供的宽角度近红外热反射镜设计可以在入射角度为40°-50°时，1550nm反射率达到99.5%以上，可见光（420-680）nm的透过率达到85%以上。

实施例2

一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，它包括特定膜堆结构（1）丨光学玻璃基片（2）；所述特定膜堆结构为：(ahblchblahcl)^m。所述特定膜堆结构（1）按距离光学玻璃基片（2）由近及远依次为：第1层，ta2o5膜层（11）、第2层，sio2膜层（12）、第3层，ta2o5膜层（11）、第4层，sio2膜层（12）、第5层，ta2o5膜层（11）、第6层，sio2膜层（12），以此周期镀制m次。

2、根据权利要求1所述的一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，其特征在于：第1层，ta2o5膜层（11）厚度为18.36nm、第2层，sio2膜层（12）厚度为26.88nm、第3层，ta2o5膜层（11）厚度为128.53nm、第4层，sio2膜层（12）厚度为26.88nm、第5层，ta2o5膜层（11）厚度为18.36nm、第6层，sio2膜层（12）厚度为188.18nm。重复周期数为13。

所述的玻璃基材采用bk7。

如图4和图5所示，为实施例1关于宽角度近红外热反射镜设计的反射率和透射率曲线图，从图中可以看出，本发明提供的宽角度近红外热反射镜设计可以在入射角度为40°-50°时，1550nm反射率达到99.5%以上，可见光（420-680）nm的透过率达到85%以上。

实施例3

一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，它包括特定膜堆结构（1）丨光学玻璃基片（2）；所述特定膜堆结构为：(ahblchblahcl)^m。所述特定膜堆结构（1）按距离光学玻璃基片（2）由近及远依次为：第1层，ta2o5膜层（11）、第2层，sio2膜层（12）、第3层，ta2o5膜层（11）、第4层，sio2膜层（12）、第5层，ta2o5膜层（11）、第6层，sio2膜层（12），以此周期镀制m次。

2、根据权利要求1所述的一种宽角度近红外热反射镜的设计及其制备，其特征在于：第1层，ta2o5膜层（11）厚度为55.08nm、第2层，sio2膜层（12）厚度为80.65nm、第3层，ta2o5膜层（11）厚度为165.25nm、第4层，sio2膜层（12）厚度为80.65nm、第5层，ta2o5膜层（11）厚度为55.08nm、第6层，sio2膜层（12）厚度为241.95nm。重复周期数为13。

所述的玻璃基材采用bk7。

如图6和图7所示，为实施例1关于宽角度近红外热反射镜设计的反射率和透射率曲线图，从图中可以看出，本发明提供的宽角度近红外热反射镜设计可以在入射角度为40°-50°时，1550nm反射率达到99.5%以上，可见光（420-680）nm的透过率达到85%以上。

上述具体实施，只是对bk7材料的指标作为技术方案进行详细解释，本发明不仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理结构的任何改进、替换以及材料的变更，均应在本发明的保护范围之内。