[发明专利]一种光学吸收多层膜

说明书

本发明提供了一种光学吸收多层膜。该光学吸收多层膜包括：多层第一光学膜；多层第二光学膜，其与多层第一光学膜交替排列，以形成层数为奇数的奇数层膜，奇数层膜的最外两层膜均为第一光学膜，第一光学膜的折射率大于第二光学膜的折射率；第一和第二外层膜，其分别与最外两层膜相邻布置；其中，第一光学膜和/或第二光学膜的材料选择为光吸收材料，第一和第二外层膜的折射率选择成与第二光学膜的折射率相同或相近，且第一和第二外层膜的厚度均是第二光学膜的厚度的45％‑50％。该光学吸收多层膜，对于横电光波实现了近乎全角度的完美吸收，对于横磁光波能够实现宽角度，即0‑40°范围内的完美吸收，且在0‑70°的角度范围内有大于70％的吸收率。

技术领域

本发明涉及光学吸收材料领域，特别是涉及一种光学吸收多层膜。

背景技术

光学吸收材料在光电探测器、太阳能电池、微型辐射热计和热成像系统等领域中有着极其重要的应用。

提高普通吸收材料的吸收能力的传统方法是利用减反膜，比如，在吸收材料表面上镀上一层或多层减反膜来消除光波反射，进而让光波完全进入吸收材料中，并在光波传播的过程中被逐渐吸收。尽管这种减反膜可以消除某一或某些入射角下的反射波，但对于大的入射角(70°)或者是对于一个较宽的角度范围，该种减反膜的减反效果则很有限，因此，这种方法不能实现全角度的完美吸收。此外，也可以利用“蛾眼”型涂层来获得缓慢连续变化的阻抗来消除吸收材料表面上的反射，但由于“蛾眼”型涂层的一些凹凸结构会影响到整个材料的平整度，因此，这种方法不适用于对平整度要求很高的微纳光学器件。

近些年，研究人员提出了一种利用光学超材料实现完美吸收的方法。超材料是一类具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过调节超材料的设计结构和尺寸可以调控其有效电磁参数，从而获得阻抗匹配和光学的完美吸收。但对于大入射角(如入射角为70°)的光波，则难以实现全角度的完美吸收，同时其复杂的结构也会极大增加设计难度以及制作成本。

发明内容

本发明的一个目的是设计在近乎任意入射角下都能实现对横电光波完美吸收的光学吸收材料。

本发明的另一个目的是设计对横磁光波有宽角度的完美吸收效果，同时该完美吸收效果具有一定的带宽的光学吸收材料。

本发明提出的一种光学吸收多层膜，包括：

多层第一光学膜；

多层第二光学膜，其与所述多层第一光学膜交替排列，以形成层数为奇数的奇数层膜，所述奇数层膜的最外两层膜均为所述第一光学膜，所述第一光学膜的折射率大于所述第二光学膜的折射率；

第一和第二外层膜，其分别与所述最外两层膜相邻布置；

其中，所述第一光学膜和/或所述第二光学膜的材料选择为光吸收材料，所述第一和第二外层膜的折射率选择成与所述第二光学膜的折射率相同或相近，且所述第一和第二外层膜的厚度均是所述第二光学膜的厚度的45％-50％。

进一步地，所述第一和第二外层的厚度均是所述第一光学膜的厚度的50％。

进一步地，所述第一光学膜的厚度为30-80nm，所述第二光学膜的厚度为80-120nm。

进一步地，所述第一光学膜的厚度为50nm，所述第二光学膜的厚度为100nm。

进一步地，所述第一和第二外层膜的材料相同或不同。

进一步地，所述第一和第二外层膜的材料均选择成与所述第二光学膜的材料相同。

进一步地，所述奇数层膜的层数小于或等于一预设层数。

进一步地，所述光学吸收多层膜对具有0-90°入射角的横电光波的吸收率大于或等于99％。