[发明专利]一种基于损耗材料薄膜的增透系统

说明书

技术领域

本发明属于光电子领域与薄膜光学领域，具体是一种基于损耗材料薄膜的增透系统。

背景技术

在光电子领域，经常需要在器件表面涂镀一层金属薄膜来添加电极或者加强表面的导电性能，这种技术在太阳能电池、电镜检测、微纳加工等领域得到了非常广泛的应用，但是由于金属材料本身对光波存在一定的吸收而阻止入射光入射到器件上，对于器件的性能以及光学检测造成了非常不利的影响。对于传统的光学镜头、光学玻璃等，通过在表面镀一层低折射率的无损介质薄膜可以实现普通光学元件的增透，而且，受到多光束干涉物理本质的限制，薄膜的光学厚度必须达到波长的1/4。然而，对于表面镀有金属薄膜的器件来说，至今没有一种有效的措施在保证金属薄膜电学功能的前提下实现光学性能的提升。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状的不足，利用损耗材料的光学特性，提出了一种基于损耗材料薄膜的增透系统。

本发明解决该技术问题采用的技术方案如下：

本发明增透系统沿光线传播方向依次包括厚度为5～100nm的损耗材料薄膜、厚度小于50nm的金属薄膜、透明衬底；

所述的透明衬底主要用于支撑损耗材料薄膜和金属薄膜，采用各项同性低色散高透过率的透明材料，对入射光无调制作用；可以选择普通玻璃(SiO₂)、蓝宝石玻璃(Al₂O₃)、透明塑料等；

所述的金属薄膜镀在透明衬底表面，它的存在主要是为了其高电导率等功能的实现，厚度在纳米级别，对光线有较低的透过率；金属薄膜由常见金属材料构成，优选为银材质薄膜；

所述的损耗材料薄膜镀在金属薄膜表面，对于增透起主要作用，材料成分为对目标波长有复折射率(但虚部绝对值小于实部绝对值)的材料，即对光束有吸收损耗的材料，从工艺角度考虑该薄膜可以通过溅射、蒸镀、离子镀、凝胶等方法来实现；损耗材料薄膜的材质优选为硅材质薄膜或锗材质薄膜；

所述的损耗材料薄膜与金属薄膜厚度选择可根据增透系统的透射率，并通过以下计算进行求解：

损耗材料薄膜与金属薄膜厚度遵循薄膜系统的特征矩阵方程，对于两层膜系统，膜系特征矩阵见公式(1)：

其中M1、M2分别为金属薄膜与损耗材料薄膜的特征矩阵；

和分别为金属薄膜与损耗材料薄膜的复折射率，h₁和h₂分别为金属薄膜与损耗材料薄膜的厚度，λ为入射波长，ε₀为真空介电常数，μ₀为真空磁导率；

根据公式(2)得到薄膜系统的透射系数为

其中n₀和n_G分别为空气和透明衬底的折射率；

则透射率为T＝t·t^*。

本发明具有的有益效果是：

利用损耗材料薄膜本身的光学性能，与金属薄膜之间形成谐振，从而另辟蹊径，在保证金属薄膜功能实现的基础上，利用纳米级厚度的损耗材料薄膜，实现对选择波长的多倍增透，极大地提高器件的光学性能，促进光电子器件性能的极大提升，对于微纳加工行业以及太阳能电池等产业有着很大的推动作用。

附图说明

图1为本发明基于损耗材料的增透系统结构示意图：

图2(a)为实施例1所述光透过率与20nm银膜表面镀锗膜厚度关系示意图；

图2(b)为实施例1所述增透倍率与20nm银膜表面镀锗膜厚度关系图。

图3(a)为实施例2所述光透过率与30nm银膜表面镀硅膜厚度关系示意图；

图3(b)为实施例2所述光透过率与40nm银膜表面镀硅膜厚度关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：本实施方式案例以本发明提出的基于损耗材料薄膜的增透系统为前提，但本发明的保护范围并不限于下述实施方式与案例。

如图1所示，一种基于损耗材料薄膜的增透系统包括厚度为5～100nm的损耗材料薄膜、厚度小于50nm的金属薄膜、透明衬底。金属薄膜均匀地镀在透明衬底表面，损耗材料薄膜镀在金属薄膜上表面。

所述的损耗材料薄膜与金属薄膜厚度选择可根据增透系统的透射率，并通过以下计算进行求解：

损耗材料薄膜与金属薄膜厚度遵循薄膜系统的特征矩阵方程，对于两层膜系统，膜系特征矩阵见公式(1)：