[发明专利]一种具有自聚焦功能的结构化多层光学薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有自聚焦功能的结构化多层光学薄膜及其制备方法。所述多层光学薄膜包括玻璃基底，玻璃基底顶面由下至上层叠设有SiN_x薄膜、SiO_xN_y薄膜和/或SiO_xF_y薄膜；所述光学薄膜整体为金字塔结构。制备时，使用单点金刚石切削金属模具，通过纳米压印技术结合等离子体刻蚀的方法将金字塔结构阵列转移到多层光学薄膜中。本发明的产品具有优良的聚焦性能，焦距可以通过微结构内部的膜层设计进行调节，在可见光以及近红外波段具有消色差的特性。其制备工艺成本低，效率高，可以实现大尺寸范围的批量化生产。

技术领域

本发明涉及光学薄膜领域，具体是一种具有自聚焦功能的结构化多层光学薄膜及其制备方法。

背景技术

聚焦透镜广泛应用于光学成像器件、准直器、耦合器、光开关以及高功率激光系统中。其中，传统透镜通过控制曲率，利用光程差实现光线的汇聚，但是其分辨率受到衍射极限的限制，而且对焦距的调节受透镜形状的制约，本身体积大、重量重；与传统的光学透镜相比，菲涅耳透镜有效降低了体积与重量，但是，菲涅耳透镜的成像质量普遍低于传统光学透镜，像差影响很大；随着微加工技术的进步，微透镜阵列相对于传统透镜，可以提高成像质量，并扩大视场，但是，其成像质量的提升主要依赖于图像拼接与重构算法上的研究，微透镜阵列的焦斑与焦距无法自由调节；近年来出现的一系列基于微纳结构的自聚焦透镜，如：等离激元透镜、平面超透镜等，此类透镜特征尺寸在纳米量级，制作成本高昂，制造效率低下。

目前应用最广泛的仍是传统光学透镜，但是，由于其像差、色散的影响，以及衍射极限的限制，这些聚焦透镜并不能完全满足使用需求。搭配透镜组以及新型聚焦透镜使用，成本、体积、重量的制约，还是不能满足使用需求。

通过微结构的形状轮廓的改变可以造成折射率径向的分布变化，将薄膜技术与微纳制造技术相结合，有望打破传统透镜的技术瓶颈。将微金字塔结构集成于薄膜中，可以实现对光波的调制。目前，仅出现关于单层微金字塔结构化薄膜的相关报道，单层的金字塔结构化薄膜无法实现光波的聚焦。单层的金字塔结构化薄膜主要用于减反射领域，如：太阳能电池表面等。现有技术对于单层金字塔结构化薄膜的制造采用的是湿法腐蚀工艺结合等离子体刻蚀技术，基于湿法腐蚀工艺制造的金字塔结构的深宽比是固定的，这是由湿法腐蚀的方向是沿材料的晶向这一固有特性所决定的，无法按照设计制造任意深宽比的金字塔结构。目前还没有针对轮廓渐变的结构化多层薄膜的相关介绍。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种具有自聚焦功能的结构化多层光学薄膜及其制备方法，克服了现有聚焦透镜存在的体积大、重量重以及色散问题。

为了达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种具有自聚焦功能的结构化多层光学薄膜，包括玻璃基底，玻璃基底顶面由下至上依次层叠设有SiN_x薄膜、SiO_xN_y薄膜和/或SiO_xF_y薄膜，所述多层光学薄膜整体为金字塔阵列结构。

进一步的，所述多层光学薄膜整体的底宽尺寸为4~10μm，高度为2~5μm。

进一步的，所述SiN_x薄膜、SiO_xN_y薄膜与SiO_xF_y薄膜的厚度为0.7μm~2.5μm。