一种全介质反射膜及含有其的激光雷达转镜的制作方法

本技术属于光学，涉及一种全介质反射膜及含有其的激光雷达转镜。

背景技术：

1、激光雷达(英文名称：laser radar)是以激光束来测距，测速等的雷达系统，其在无人机，自动驾驶，移动机器人等科技领域的应用越来越广泛。目前，市场上的激光雷达通用的工作波长有两个，分别是1000nm以下波段范围的905nm型激光雷达和1000～2000nm范围内的1550nm型激光雷达。

2、相比于905nm型激光雷达，1550nm型激光雷达本身光束的发散角度小，探测的距离更远。从这方面来说，1550nm型比905nm型具有更好的探测优势，且对人眼的安全阈值更高，安全性更好。

3、激光雷达中，常用分为转镜式与mems两种技术路线。

4、转镜方案是在雷达的一侧设置激光的发射和接收装置，两者被物理隔开。其中激光的发射方向是一个可围绕中心旋转的多边形反射镜(转镜)，通过电机旋转反射镜实现激光的扫描，具备装置固定、产品体积小、成本低、易过车规等优势，例如cn218412906u公开的激光雷达。

5、mems方案是通过高速振动的微振镜代替传统的机械旋转装置，可以减少激光器和探测器的使用数量(激光发射器和接收器数量最低仅需一组)，极大降低成本和体积，例如cn113640773a公开的激光雷达系统。

6、但是，mems扫描镜本身就是由非常细小的悬臂梁来固定和控制的，在车载环境下的振动和冲击会影响微振镜的使用寿命。同时，要想提高mems的探测距离，还需要提高镜面尺寸，mems振镜的成本也就越大。因此，可以看出，转镜方案功耗更低，且耐热性能、耐久性更好，这是mems扫描方案难以企及的优势。目前，行业内仍然以转镜式方案作为大产能及大应用体量的主流方案。

7、在转镜方案中，激光通过转镜改变方向，因此转镜在不同反射角度下的反射能力将影响转镜方法的实施。目前，1550nm的激光雷达转镜上的镀膜还没有一种行之有效的方式，因不同于常规反射膜的基底，雷达转镜往往采取金属材质，尚缺少一种在其该基底材质上能够实现大反射角度且高反射率的全介质反射膜的方案，以便于1550nm型激光雷达的可靠运行。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种全介质反射膜及含有其的激光雷达转镜，所述全介质反射膜的膜系结构为(xh/yl)z，通过控制高折射率膜层h及低折射率膜层l重复交叠，且每层厚度均独立地为100～350nm，重复叠加10～20层，获得所述全介质反射膜，该全介质反射膜可以在入射角为15～75°时，对1500～1600nm波段的光保持反射率≥97％，非常适合作为1550nm型激光雷达中转镜上的全介质反射膜，能满足激光雷达的可靠性测试要求。而且这种全介质膜系结构相比现有技术的纯金属膜层，制造更加简单可控，成本更低，有利于大规模地生产和应用。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、第一方面，本实用新型提供了一种全介质反射膜，所述全介质反射膜的膜系结构记为(xh/yl)z，其中h代表高折射率膜层，l代表叠加在h之上的低折射率膜层，x代表h的光学厚度系数，y代表l的光学厚度系数，z代表(xh/yl)重复叠加的次数且z为5～10之间的整数；每层h及每层l的厚度均独立地为100～350nm；在入射角为15～75°时，所述全介质反射膜在1500～1600nm的反射率≥97％。

4、本实用新型提供了一种能用于1550nm型激光雷达转镜的全介质反射膜，所述全介质反射膜通过适用特定折射率范围的高折射率膜层h及低折射率膜层l，重复交叠构成全介质反射膜，通过控制每层膜层的厚度在100～350nm，并将总层数控制在10～20层之间，可以获得在入射角为15～75°时，所述全介质反射膜在1500～1600nm的反射率≥97％的全介质反射膜，将此全介质反射膜进行应用，能有效保证激光雷达的测试可靠性。

5、以下作为本实用新型优选的技术方案，但不作为本实用新型提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。

6、本实用新型所述的z代表(xh/yl)重复叠加的次数且z为5～10之间的整数，例如可以是5、6、7、8、9及10，相应地，所得全介质反射膜的膜层总数为10、12、14、16、18或20。

7、作为本实用新型优选的技术方案，所述膜系结构为1.31h/1.32l/1.31h/1.32l/1.31h/1.33l/1.38h/0.53l/0.56h/1.37l/1.32h/1.0l。

8、作为本实用新型优选的技术方案，所述高折射率膜层在550nm的折射率为1.8～2.5，例如1.8、1.85、1.9、1.95、2、2.05、2.1、2.15、2.2、2.25、2.3、2.35、2.4、2.45或2.5等，消光系数＜5*10-4，例如4.5*10-4、4*10-4、3.5*10-4、3*10-4、2.5*10-4、2*10-4、1.5*10-4或1*10-4等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

9、作为本实用新型优选的技术方案，所述高折射率膜层包括ti3o5层，ta2o5层，nb2o5层，钛酸镧层，hfo2层，zro2层或钛坦掺杂zro2层中的任意一种。

10、作为本实用新型优选的技术方案，所述低折射率膜层在550nm的折射率为1.38～1.7，例如1.38、1.4、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65或1.7等，消光系数＜5*10-4，例如4.5*10-4、4*10-4、3.5*10-4、3*10-4、2.5*10-4、2*10-4、1.5*10-4或1*10-4等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、作为本实用新型优选的技术方案，所述低折射率膜层包括al2o3层，sio2层，硅铝混合物层或mgf2层中的任意一种。

12、需要说明的是，在同一全介质反射膜中，高折射率膜层可以均为同一材质，也可以为不同的材质，低折射率膜层可以为同一材质，也可以为不同的材质，本领域的技术人员应根据实际的需要加以选择和调整，以在(xh/yl)z膜系结构的基础上，实现入射角为15～75°时，所述全介质反射膜在1500～1600nm的反射率≥97％的效果。

13、第二方面，本实用新型提供了一种激光雷达转镜，在所述激光雷达转镜中设置有第一方面所述的全介质反射膜。

14、作为本实用新型优选的技术方案，所述转镜为铝制转镜，在所述铝制转镜的铝基表面上设置有所述全介质反射膜。

15、作为本实用新型优选的技术方案，在所述铝制转镜的铝基表面与所述全介质反射膜之间设置有一层额外的低折射率膜层材料作为缓冲层(buffer层)。

16、作为本实用新型优选的技术方案，所述铝制转镜的铝基表面上的全介质反射膜的膜系结构为1.25l/1.31h/1.32l/1.31h/1.32l/1.31h/1.33l/1.38h/0.53l/0.56h/1.37l/1.32h/1.0l。

17、由于激光雷达转镜常采用铝制转镜，不同于现有技术的反射膜常用的基底材料，因此优选在铝基表面与所述全介质反射膜之间设置有一层低折射率材料作为缓冲层，将该缓冲层纳入全介质反射膜的完整膜系结构，且缓冲层的增加仍能保持在入射角为15～75°时，1500～1600nm的反射率≥97％的效果。

18、除此之外，本实用新型为了保证在铝制基底上成功制备出高性能的全介质反射膜，也提供了示例性的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：

19、(1)对铝制转镜进行预处理：浸泡于挥发性的清洗剂中，再使用高频的超声波清洗机对铝制转镜的铝基表面(基板面)进行清洁处理15～25s，去除加工阶段的金属碎屑和加工中附着的车削清洗液；清洗后，通过热风干燥基板面；在强光下进行外观检验合格后，转入镀膜机；

20、(2)当镀膜机中的真空度≤5.0e-3pa时，对高折射率膜层的原材料进行预熔；预熔使用step加电流的方式，保证镀膜材料能够充分熔化，预熔完成后进行step降电流，保护电子枪灯丝不会因为电流的剧变而熔断；

21、(3)当镀膜机的真空度≤2.0e-3pa时，启动镀膜程序，进入离子源的预清洁阶段，离子源充入氩气，不能充氧气，避免氧气与基板面(铝基表面)反应，50～70s之后，进入镀膜阶段，按照设定的膜系结构进行镀膜。

22、(4)镀膜完成后，保持真空冷却800～1600s，待设备放气完成后，取出产品。

23、第三方面，本实用新型提供了一种激光雷达系统装置，所述激光雷达系统装置含有第二方面所述的激光雷达转镜。

24、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

25、本实用新型通过控制高折射率膜层h及低折射率膜层l重复交叠，且每层厚度均独立地为100～350nm，重复叠加10～20层，获得全介质反射膜。该全介质反射膜可以在入射角为15～75°时，对1500～1600nm波段的光保持反射率≥97％，非常适合作为1550nm型激光雷达中转镜上的全介质反射膜，能满足激光雷达的可靠性测试要求。而且这种全介质膜系结构相比现有技术的纯金属膜层，更好的光学性能，更佳的可靠性结果，可以大规模地生产和应用。