ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к оптическому устройству, подходящему для пропускания или отражения излучения в предопределенном диапазоне длины волны, например излучения, относящегося к ультрафиолетовому, видимому, инфракрасному или микроволновому типу.
Областью техники, к которой относится настоящее изобретение, является область оптических устройств, предназначенных, например, для оснащения систем формирования изображений. На практике применения зависят от диапазона длины волны.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известным образом антиотражательные или зеркальные эффекты могут быть получены с помощью многослойной конструкции и/или с помощью формирования структуры оптических устройств.
В следующих документах описаны разные примеры оптических устройств.
- EP3206059A1 описывает широкодиапазонное дифракционное устройство, содержащее множество первичных зон и микроструктур, расположенных таким образом, чтобы формировать искусственный материал, обладающий эффективным изменением коэффициентов на поверхности устройства.
- BRUYNOOGHE (2016), «Broadband and wide-angle hybrid antireflection coatings prepared by combining interference multilayers with subwavelength structures», Journal of Nanophotonics, SPIE, International Society for Optics и Photonics («Широкодиапазонные и широкоугольные гибридные антиотражательные покрытия, созданные путем комбинирования интерференционных мультислоев с субволновыми структурами», Журнал нанофотоники, SPIE, Международное общество оптики и фотоники). В этом документе описана многослойная конструкция, комбинированная со стохастическими структурами, изготовленными путем сухого травления.
- KUBOTA (2014), «Optimization of hybrid antireflection structure integrating surface texturing and multi-layer interference coating», Thin Films for Solar and Energy Technology VI, Graduate School of Science and Engineering, Yamagata University, Japan («Оптимизация гибридной антиотражательной структуры, объединяющей поверхностное текстурирование и многослойное интерференционное покрытие», Тонкопленочные материалы для гелиотехнологии и энергетической технологии VI, Аспирантура науки и техники, Университет Ямагата, Япония). В этом документе описано теоретическое исследование комбинирования многослойной конструкции и фасеточной матрице.
- CAMARGO (2012), «Multi-scale structured, superhydrophobic and wide-angle, antireflective coating in the near-infrared region», Chem. Commun., 2012, 48, 4992–4994, Royal Society of Chemistry, United Kingdom («Многомасштабное структурированное, сверхгидрофобное и широкоугольное антиотражающее покрытие в ближней инфракрасной области», Журнал Химического Общества, 2012, 48, 4992–4994, Королевское Химическое Общество, Великобритания). В этом документе описано формирование структуры нескольких слоев, причем особое внимание уделяется усовершенствованию определенных свойств поверхности.
- RALCHENKO (1999), «Fabrication of CVD Diamond Optics with Antireflective Surface Structures», phys. stat. sol., General Physics Institute, Moscow, Russia («Изготовление CVD алмазной оптики с антиотражательными поверхностными структурами», phys. stat. sol., Институт общей физики, Москва, Россия). В этом документе описано формирование структуры алмаза, нанесенного методом CVD (химического осаждения из паровой фазы) для достижения антиотражательного эффекта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставление оптического устройства, относящегося к антиотражательному или зеркальному типу и обладающему улучшенными свойствами.
В связи с этим целью настоящего изобретения является оптическое устройство, подходящее для пропускания/отражения электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра, причем указанное устройство содержит по меньшей мере:
- подложку, выполненную из первого материала,
- слой покрытия, выполненный из второго материала, который отличается от первого материала, и
- поверхностную текстуру, образующую полости в устройстве,
характеризующееся тем, что полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет управляемым образом модифицировать фронт электромагнитной волны.
Текстура позволяет изменять эффективный коэффициент преломления по поверхности текстурированного устройства. В частности, текстура позволяет управляемым образом получать меньшие эффективные показатели преломления в текстурированном слое покрытия и в текстурированной зоне подложки. Текстура позволяет получить недостижимые эффективные показатели непосредственно путем использования многослойных материалов. Показатели являются изменяемыми согласно длине волны излучения.
Также настоящее изобретение позволяет увеличить диапазон углов падения, для которых имеет значение достоверность оптической функции.
Структура устройства образует по меньшей мере одну двухслойную систему, содержащую текстурированный слой покрытия и текстурированный слой подложки, расположенные на нетекстурированной части подложки.
Согласно первому применению оптическое устройство имеет антиотражательную функцию. Устройство подходит для пропускания электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра. Устройство содержит по меньшей мере одну подложку, выполненную из первого прозрачного материала в указанном диапазоне длины волны, слой покрытия, выполненный из второго материала, который отличается от первого материала и также является прозрачным в указанном диапазоне длины волны, и поверхностную текстуру, образующую полости в устройстве. Устройство характеризуется тем, что полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку.
Преимущественно настоящее изобретение позволяет улучшить пропускание устройства, на уровне ширины спектра и максимального пропускания (следовательно, минимального поглощения), по отношению к нетекстурированной и непокрытой подложке, текстурированной и непокрытой подложке, покрытой подложке нетекстурированного слоя покрытия, и даже подложке, покрытой текстурированным слоем покрытия, но текстура которого не проникает в подложку. Это улучшение зависит от конфигурации устройства, в частности от характеристик пары «подложка/покрытие» и текстуры.
По сравнению с текстурированной и непокрытой подложкой текстурированный слой покрытия позволяет улучшить пропускание путем образования менее глубоких полостей. Таким образом, выполнять текстуру становится проще и быстрее.
По сравнению с покрытой подложкой нетекстурированного слоя покрытия свойство поверхности устройства изменено.
На практике устройство не позволяет улучшить пропускание во всем электромагнитном спектре, но выполнено с возможностью пропускания в диапазоне длины волны в зависимости от характеристик пары «подложка/покрытие» и текстуры.
Диапазон длины волны определен согласно подразделам, рекомендованным Международной комиссией по освещению (CIE):
- гамма-излучение: менее 10 пм
- рентгеновское излучение: от 10 пм до 10 нм
- ультрафиолетовое излучение: от 10 нм до 380 нм
- видимое излучение: от 380 нм до 780 нм
- IR-A (ближнее ИК-излучение): от 0,78 мкм до 1,4 мкм
- IR-B (среднее ИК-излучение): от 1,4 мкм до 3 мкм
- IR-C (дальнее ИК-излучение): от 3 мкм до 1 мм
- радиоэлектрические волны: свыше 1 мм
Для ИК-диапазона также могут использоваться следующие подразделы:
- NIR (ближнее ИК-излучение): от 0,75 мкм до 1,4 мкм
- SWIR: от 1,4 мкм до 3 мкм
- MWIR: от 3 мкм до 8 мкм
- LWIR: от 8 мкм до 15 мкм
- FIR (дальнее ИК-излучение): от 15 мкм до 1 мм
Применительно к пропусканию разные варианты устройства не обязательно являются более эффективными, чем устройства известного уровня техники. Однако устройство согласно настоящему изобретению обладает другими преимуществами: легкостью производства, поверхностным напряжением и т.д.
Согласно второму применению оптическое устройство имеет зеркальную функцию. Устройство подходит для отражения электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра. Устройство содержит по меньшей мере одну подложку, выполненную из первого материала, отражающего в указанном диапазоне длины волны, слой покрытия, выполненный из второго материала, который отличается от первого материала и также является отражающим в указанном диапазоне длины волны, и поверхностную текстуру, образующую полости в устройстве. Устройство характеризуется тем, что полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет улучшить отражающую способность устройства по отношению к нетекстурированной и непокрытой подложке, текстурированной и непокрытой подложке или подложке, покрытой нетекстурированным слоем покрытия.
Согласно одному варианту оптическое устройство имеет зеркальную функцию и содержит по меньшей мере одну подложку, выполненную из первого прозрачного материала в указанном диапазоне длины волны, слой покрытия, выполненный из второго материала, который отличается от первого материала и также является прозрачным в указанном диапазоне длины волны, и поверхностную текстуру, образующую полости в устройстве. Устройство характеризуется тем, что полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку.
Альтернативно (или в комбинации с функциями отражения и пропускания) оптическое устройство может иметь функцию изменения фронта волны оптических поверхностей, отличающуюся от антиотражательной и зеркальной функций.
Согласно первому варианту осуществления устройство содержит один одинарный слой подложки, служащий опорой для одного или нескольких слоев покрытия.
- Подложка предпочтительно имеет толщину от 0,1 до 30 мм, например приблизительно 1 или 2 мм.
- Слой покрытия предпочтительно имеет толщину от 0,01 до 50 мкм, например приблизительно 0,5 мкм или 2 мкм для ИК-диапазона.
- Материалом подложки для применений ИК-излучения является, например, кремний (Si), германий (Ge), сульфид цинка (ZnS), селенид цинка (ZnSe) и т.д.
- Подложка в общем имеет кристаллическую структуру.
- Покрытие может иметь аморфную или кристаллическую структуру.
- Материалом слоя покрытия является, например, аморфный углерод DLC («алмазоподобный углерод»), кремний (Si), германий (Ge), сульфид цинка (ZnS), селенид цинка (ZnSe), пентаоксид тантала (Ta2O5), диоксид гафния (HfO2), окись алюминия (Al2O3) и т.д.
- Устройство предпочтительно содержит по меньшей мере один задний слой.
- Устройство может содержать одну одинарную подложку и один одинарный слой покрытия. В этом случае предпочтительно подложка имеет коэффициент преломления, который больше коэффициента преломления покрытия перед текстурированием.
- Устройство может содержать одну одинарную подложку и несколько текстурированных слоев покрытия. В этом случае предпочтительно подложка имеет коэффициент преломления, который больше коэффициента преломления покрытий перед текстурированием. Альтернативно подложка может иметь коэффициент преломления, который меньше коэффициента преломления по меньшей мере одного из слоев покрытия.
Согласно второму варианту осуществления структура устройства образует группу слоев, содержащую более одного слоя покрытия и одного слоя подложки. В этом случае каждая подложка определена в качестве опорного слоя для слоя покрытия.
- Подложки и слои покрытия предпочтительно имеют толщину от 0,01 до 50 мкм, например, приблизительно 0,5 мкм или 2 мкм для ИК-диапазона.
- Материалом подложек и слоев покрытия является, например, аморфный углерод DLC («алмазоподобный углерод»), кремний (Si), германий (Ge), сульфид цинка (ZnS), селенид цинка (ZnSe), пентаоксид тантала (Ta2O5), диоксид гафния (HfO2), окись алюминия (Al2O3) и т.д.
- Подложка может иметь аморфную или кристаллическую структуру.
- Покрытие может иметь аморфную или кристаллическую структуру.
- Устройство предпочтительно содержит по меньшей мере один задний слой.
- Задний слой, расположенный вплотную к последней подложке, предпочтительно имеет толщину от 0,1 до 30 мм, например, приблизительно 1 или 2 мм.
- Задний слой, расположенный вплотную к последней подложке, может иметь кристаллическую структуру.
- Если устройство содержит несколько задних слоев, второй задний слой предпочтительно имеет толщину от 0,01 до 50 мкм, например, приблизительно 0,5 мкм или 2 мкм для ИК-диапазона.
- Материалом заднего слоя может быть, например, аморфный углерод DLC («алмазоподобный углерод»), кремний (Si), германий (Ge), сульфид цинка (ZnS), селенид цинка (ZnSe), пентаоксид тантала (Ta2O5), диоксид гафния (HfO2), окись алюминия (Al2O3) и т.д., или также для применений ИК-излучения – кремний (Si), германий (Ge), сульфид цинка (ZnS), селенид цинка (ZnSe) и т.д.
- Если задний слой отсутствует, последняя подложка предпочтительно имеет толщину от 0,1 до 30 мм, например, приблизительно 1 или 2 мм, и ее материалом для применений ИК-излучения является, например, кремний (Si), германий (Ge), сульфид цинка (ZnS), селенид цинка (ZnSe) и т.д.
- Устройство может содержать группу из нескольких подложек и слоев покрытия, расположенных поочередно, включая по меньшей мере одну первую комбинацию из первого слоя покрытия и первой подложки, ориентированную на верхней стороне, которая принимает падающее излучение, и последнюю комбинацию из последнего слоя покрытия и последней подложки.
- Полости могут быть образованы только в первой комбинации, ориентированной на верхней стороне, которая принимает падающее излучение.
- Полости могут полностью проходить сквозь группу, за исключением последней подложки, в которую они частично погружены.
- Предпочтительно полости имеют сечение площади, которое определенно уменьшается в направлении последней подложки.
- Полости могут полностью проходить сквозь слой покрытия и частично погружаться в подложку для каждой комбинации, образующей группу.
- Группа может содержать по меньшей мере одну промежуточную комбинацию между первой комбинацией и последней комбинацией.
- Устройство может содержать задний слой для каждой комбинации «подложка/покрытие». В этом случае сквозь задний слой могут вероятно проходить полости, проникающие в следующий слой покрытия. Альтернативно устройство может содержать один одинарный задний слой для последней комбинации. В этом случае полости не проходят сквозь задний слой.
Согласно другим преимущественным характеристикам настоящего изобретения, взятым отдельно или в комбинации:
- полости образованы в подложке и имеют глубину, составляющую предпочтительно от 0,5 до 10 мкм, например, приблизительно 1 мкм, для дальнего ИК-диапазона – свыше 3 мкм.
- Полости образованы в подложке и имеют глубину, составляющую предпочтительно от 0,08 мкм до 3 мкм, например, приблизительно 200 нм, для ближнего ИК- или среднего ИК-диапазона – от 780 нм до 3 мкм.
- Полости образованы в подложке и имеют глубину, составляющую предпочтительно от 1 нм до 600 нм, например, приблизительно 80 нм для видимого диапазона.
- Предпочтительно для применений ИК-излучения подложка и слой покрытия являются прозрачными/отражающими для всего диапазона длины волны от 1 мкм до 50 мкм.
- Предпочтительно для дальнего ИК-диапазона от 8 мкм и 12 мкм устройство обеспечивает пропускание/отражение по меньшей мере 90 % падающего инфракрасного излучения для рассматриваемой диоптрии.
- Характеристики полостей (форма, размеры, распределение и т.д.) зависят от метода текстурирования и используемых параметров.
- Предпочтительно полости имеют большую ширину или диаметр от 0,02 до 3 мкм, в частности от 1 до 2 мкм.
- Слой покрытия может быть выполнен методом тонкослойного нанесения, например, PVD или CVD.
- Текстура может быть сделана любым типом подходящего метода для прохождения сквозь слой покрытия и частичного погружения в подложку, например, лазерной абляцией, фотолитографией, нанопечатью и т.д. Лазерное текстурирование является относительно экономичным и хорошо управляемым.
- Текстура может быть сделана лазером с ультракороткими импульсами при длине импульсов в режиме фемтосекунд или пикосекунд. Длина волны лазера, которая обычно варьируется от 200 до 16000 нм, должна быть выбрана согласно желаемым характеристикам текстуры (форме и размерам полостей, схемам распределения и т.д.).
- Оптомеханическая среда лазера содержит моторизованные ступени, микроскопическую линзу (и/или гальваносканер, и/или одинарный слой микросфер), блок обзора в режиме онлайн и т.д.
- Предпочтительно полости имеют непрерывный профиль на протяжении перехода между слоем покрытия и подложкой. Этот непрерывный профиль может быть получен путем образования полостей в слое покрытия и в подложке во время одной и той же операции текстурирования, например, лазерного текстурирования. Непрерывный профиль улучшает управление получаемой формой фронта волны. Действительно, разрывы непрерывности поверхности могут создавать дифракцию или другие нежелательные эффекты.
- Полости могут иметь круглое сечение.
- Полости имеют сечение площади, которое определенно уменьшается в направлении последней подложки.
- Полости могут иметь вогнутый профиль в осевой плоскости, при этом сечение площади уменьшается согласно глубине.
- Полости могут иметь симметричный вогнутый профиль в осевой плоскости.
- Полости могут иметь асимметричный вогнутый профиль в осевой плоскости.
- Полости могут иметь разные размеры, в частности разные диаметры, значения ширины и/или значения глубины.
- Размеры полостей могут периодически варьироваться.
- Размеры полостей могут иметь переменную периодичность, изменяющуюся согласно определенному правилу, а не случайным образом.
- Полости могут быть распределены случайным образом по поверхности устройства.
- Полости могут быть распределены согласно регулярной матрице по поверхности устройства.
- Полости могут быть распределены согласно матрице с треугольной, квадратной, шестиугольной сеткой и т.д.
- Полости могут быть распределены с переменной периодичностью по поверхности устройства.
- Переменная периодичность изменяется согласно определенному правилу, а не случайным образом.
- Переменная периодичность изменяется равномерным образом.
- Периодичность полостей между центром и краями устройства может быть разной.
- Полости могут быть расположены ближе друг к другу в центре устройства.
- В слое покрытия полости имеют плотность от 20 до 91%, т.е. коэффициент заполнения пространства от 20 до 91%. Коэффициент, равный 91%, соответствует полостям, расположенным в форме шестиугольника и соприкасающимся друг с другом.
- Устройство может содержать по меньшей мере один задний слой, выполненный из материала, который отличается от материала подложки и от материала покрытия, причем покрытие выполнено на первой стороне подложки, при этом задний слой выполнен на второй стороне подложки, противоположной первой стороне.
- Задний слой выполнен, например, из сульфида цинка (ZnS) или других материалов, упомянутых выше применительно к подложке или слою покрытия.
- Устройство может содержать две поверхности, каждая из которых имеет слой покрытия и поверхностную текстуру, образующую полости, проходящие сквозь слой покрытия и частично проникающие в подложку или одну из подложек.
- Устройство может содержать первую поверхность, имеющую слой покрытия и поверхностную текстуру, образующую полости, проходящие сквозь слой покрытия и частично проникающие в подложку или одну из подложек, и вторую поверхность, имеющую слой покрытия, который может не иметь текстуру согласно настоящему изобретению, или может подвергаться обработке, отличающейся от текстурирования первой поверхности, или не подвергаться обработке.
- Слои покрытия двух поверхностей могут быть разными (в отношении материала, толщины и т.д.).
- Поверхности устройства могут быть параллельными или не параллельными. Например, поверхности могут находиться в наклонных плоскостях. Согласно другому примеру поверхности могут быть вогнутыми или выпуклыми.
Целью настоящего изобретения также является способ изготовления оптического устройства, подходящего для пропускания/отражения электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра, причем указанный способ включает по меньшей мере следующие этапы:
- образование по меньшей мере одной комбинации из подложки, выполненной из первого материала, и слоя покрытия, выполненного из второго материала, который отличается от первого материала, затем
- выполнение поверхностной текстуры, образующей полости в устройстве,
характеризующийся тем, что полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку.
Настоящее изобретение может иметь несколько применений в области оптических устройств:
- применения в ИК-диапазоне: камера, линза, оптическое окно, камуфляжная поверхность, приманка и т.д.
- применения в видимом и ближнем ИК-диапазонах: оптические окна, линзы, зеркала для камер устройств формирования изображений, лазерные линии, придание формы лазером и т.д.
- применения, связанные с радиоэлектрическими волнами: радары и т.д.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Настоящее изобретение станет наиболее понятным после прочтения описания, приведенного ниже исключительно в качестве неограничивающего примера и выполненного со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение в сечении устройства согласно настоящему изобретению, содержащего подложку на основе кремния (Si), слой покрытия на основе аморфного углерода DLC, и текстуру, образующую полости в устройстве, причем полости проходят сквозь слой покрытия и частично проникают в подложку.
На фиг. 2 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 1, показывающее устройство, состоящее из нетекстурированной подложки на основе SI и нетекстурированного покрытия на основе DLC.
На фиг. 3 представлено сечение, подобное фиг. 1, показывающее устройство, состоящее из текстурированной и непокрытой подложки на основе Si.
На фиг. 4 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 1, показывающее устройство, состоящее из нетекстурированной подложки на основе Si и текстурированного покрытия на основе DLC.
На фиг. 5 представлено сечение, подобное фиг. 1, показывающее устройство, состоящее из нетекстурированной и непокрытой подложки на основе Si.
На фиг. 6 представлен схематический вид сверху устройства по фиг. 1.
На фиг. 7 представлен график, показывающий изменение пропускания (T от 0 до 1) согласно длине волны (WL от 3 до 15 мкм) для каждого из устройств по фиг. 1–5.
На фиг. 8 представлен график, показывающий изменение пропускания (T в %) согласно углу падения (угол от 0 до 80°) излучения на поверхность устройства для устройств по фиг. 1 и 2.
На фиг. 9 представлен график, подобный показанному на фиг. 8, показывающий изменение пропускания (T в %) согласно углу падения (угол от 0 до 60°) для устройств по фиг. 1 и 2.
На фиг. 10 представлена схема, показывающая изменение пропускания (T в %) согласно длине волны (WL от 3 до 15 мкм) и от угла падения (угол от 0 до 80°) для устройства по фиг. 1 согласно настоящему изобретению.
На фиг. 11 представлена схема, подобная схеме по фиг. 10, для устройства по фиг. 2.
На фиг. 12 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T от 0,7 до 1) согласно длине волны (WL от 0,8 до 3 мкм) для пяти разных устройств, выполненных подобно тому, как показано на фиг. 1–5, содержащих подложку на основе селенида цинка (ZnSe) и, для некоторых, слой покрытия на основе диоксида кремния (SiO2).
На фиг. 13 представлен график, подобный показанному на фиг. 9, для двух устройств, пропускание которых представлено на фиг. 12, а именно для устройства согласно настоящему изобретению, содержащего текстурированную подложку и текстурированное покрытие, и устройства, содержащего нетекстурированную подложку и нетекстурированное покрытие.
На фиг. 14 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T от 0,96 до 1) согласно длине волны (WL от 0,3 до 1 мкм) для пяти разных устройств, выполненных подобно тому, как показано на фиг. 1–5, содержащих подложку на основе диоксида кремния (SiO2) и, для некоторых, слой покрытия на основе фторида магния (MgF2).
На фиг. 15 представлен график, подобный показанному на фиг. 9, для двух устройств, пропускание которых представлено на фиг. 14, а именно для устройства согласно настоящему изобретению, содержащего текстурированную подложку и текстурированное покрытие, и устройства, содержащего нетекстурированную подложку и нетекстурированное покрытие.
На фиг. 16 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T от 0,966 до 1) согласно длине волны (WL от 0,3 до 1 мкм) для пяти разных устройств, выполненных подобно тому, как показано на фиг. 1–5, содержащих подложку на основе окиси алюминия (Al2O3) и, для некоторых, слой покрытия на основе диоксида кремния (SiO2).
На фиг. 17 представлено схематическое изображение вида сверху одного варианта устройства согласно настоящему изобретению, полости которого имеют переменную периодичность по поверхности устройства, так что в центре они располагаются ближе друг к другу, чем на краях устройства.
На фиг. 18 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, полости которого имеют симметричный вогнутый профиль с сечением, уменьшающимся согласно глубине, а не цилиндрическому профилю.
На фиг. 19 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, полости которого имеют асимметричный вогнутый профиль.
На фиг. 20 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, полости которого имеют переменные значения глубины.
На фиг. 21 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, полости которого имеют переменные диаметры.
На фиг. 22 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, содержащий группу из двух подложек и двух слоев покрытия, расположенных поочередно, причем полости образованы только в первом слое покрытия и первой подложке.
На фиг. 23 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, содержащий группу из двух подложек и двух слоев покрытия, расположенных поочередно, причем полости полностью проходят сквозь группу, за исключением последней подложки, в которую они частично погружены.
На фиг. 24 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, содержащий задний слой, выполненный из материала, отличающегося от материала подложки и от материала покрытия.
На фиг. 25 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, имеющий две поверхности, каждая из которых содержит подложку, слой покрытия и поверхностную текстуру, образующую полости, проходящие сквозь слой покрытия и частично проникающие в подложку.
На фиг. 26 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, имеющий первую поверхность, содержащую слой покрытия и поверхностную текстуру, образующую полости, проходящие сквозь слой покрытия и частично проникающие в подложку, и вторую поверхность, содержащую слой покрытия без текстуры или подвергающийся обработке, отличающейся от текстурирования первой поверхности.
На фиг. 27 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, имеющий две поверхности, каждая из которых содержит подложку, слой покрытия и текстуру, а также промежуточный слой, образованный между двумя подложками.
На фиг. 28 представлена схема, изображающая обратимость устройства.
На фиг. 29 представлена схема, изображающая оптическую эквивалентность сложного устройства и двух простых устройств.
На фиг. 30 представлено сечение, подобное показанному на фиг. 2, показывающее один вариант устройства согласно настоящему изобретению, содержащий группу из двух подложек и двух слоев покрытия, расположенных поочередно, а также задний слой, причем полости образованы только в первом слое покрытия и первой подложке.
На фиг. 31 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T) согласно длине волны (WL от 340 до 840 нм) для трех разных устройств, из которых два устройства содержат группу из двух слоев подложки на основе HfO2, двух слоев покрытия на основе SiO2 и заднего слоя на основе аморфного углерода.
На фиг. 32 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T) согласно длине волны (WL от 1 до 2,4 мкм) для трех разных устройств, а именно для устройства, состоящего из одного одинарного слоя на основе аморфного углерода, и двух устройств, содержащих группу из двух слоев подложки на основе Si3N4, двух слоев покрытия на основе SiO2 и заднего слоя на основе ZnSe, включая одно текстурированное устройство и одно нетекстурированное устройство.
На фиг. 33 представлен график, подобный показанному на фиг. 9, для многослойных устройств, пропускание которых представлено на фиг. 32.
На фиг. 34 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T) согласно длине волны (WL от 7 до 15 мкм) для трех разных устройств, а именно для устройства, состоящего из одного одинарного слоя на основе аморфного углерода, и двух устройств, содержащих группу из двух слоев подложки на основе TiO2, двух слоев покрытия на основе DLC и одного заднего слоя на основе Si, включая одно текстурированное устройство и одно нетекстурированное устройство.
На фиг. 35 представлен график, подобный показанному на фиг. 9, для двух многослойных устройств, пропускание которых представлено на фиг. 34.
На фиг. 36 представлен график, подобный показанному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T) согласно длине волны (WL от 7 до 15 мкм) для трех разных устройств, а именно для устройства, состоящего из одного одинарного слоя на основе аморфного углерода, и двух устройств, содержащих группу из двух слоев подложки на основе TiO2, двух слоев покрытия на основе DLC и одного заднего слоя на основе Si, включая одно текстурированное устройство и одно нетекстурированное устройство.
На фиг. 37 представлен график, подобный показанному на фиг. 9, для двух многослойных устройств, пропускание которых представлено на фиг. 36.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 и 6 представлено антиотражательное оптическое устройство (1) согласно настоящему изобретению.
Устройство (1) хорошо подходит для пропускания электромагнитного излучения в дальнем ИК-диапазоне длины волны от 7 до 15 мкм (LWIR).
Устройство (1) содержит подложку (10) на основе кремния Si, имеющую, например, толщину (E10), равную 1 или 2 мм. Подложка (10) имеет коэффициент преломления n = 3,43 и является прозрачной в вышеупомянутом диапазоне длины волны.
Устройство (1) содержит слой (20) покрытия на основе аморфного углерода, также называемого DLC, с толщиной (E20) 1425 нм. DLC имеет коэффициент преломления n = 1,8 и является прозрачным в вышеупомянутом диапазоне длины волны.
Устройство (1) содержит поверхностную текстуру (30), образующую отдельные полости (31), которые проходят сквозь слой (20) покрытия и частично погружены в подложку (10). Полости (31) распределены в соответствии с регулярной матрицей по поверхности устройства (1). Полости (31) имеют периодичность (L31), равную 2 мкм, диаметр (D31), равный 1,6 мкм, и глубину (P31), равную приблизительно 2,34 мкм. Полости (31) проникают в подложку (10), в текстурированный слой (11), имеющий глубину (P11), равную 915 нм, что значительно меньше толщины (E10) подложки (10). Текстура (30) позволяет управляемым образом уменьшать эффективный коэффициент преломления в текстурированном слое (11) подложки (10).
Текстура (30) может быть выполнена любым типом метода, подходящего для прохождения сквозь слой (20) покрытия и частичного погружения в подложку (10), например, лазерной абляцией, фотолитографией, нанопечатью и т.д. Лазерное текстурирование является относительно недорогим и хорошо управляемым. В частности, текстура (30) может быть выполнена лазером с ультракороткими импульсами при длине импульсов в режиме фемтосекунд или пикосекунд. Длина волны лазера, которая обычно варьируется от 200 до 16000 нм, должна быть выбрана согласно характеристикам желаемой текстуры (30), таким как форма и размеры полостей (31), схемы распределения, периодичность и т.д.
Для конфигурирования лазерной системы можно обратиться к следующим ссылочным материалам:
- YU (2013), «Femtosecond laser nanomachining initiated by ultraviolet multiphoton ionization» («Нанообработка фемтосекундным лазером, инициированная ультрафиолетовой многофотонной ионизацией»), Optics Express.
- SEDAO (2012), «Large area laser surface micro/nanopatterning by contact microsphere lens arrays», («Лазерное микро/наноструктурирование большой площади поверхности матрицами контактных микросферических линз») Applied Physics A.
На фиг. 2–5 представлены разные устройства (2, 3, 4, 5), не соответствующие настоящему изобретению. За исключением различий, подробно описанных ниже, подложка (10), слой (20) покрытия и текстура (30) имеют одинаковые характеристики в контексте устройства (1), описанного выше.
На фиг. 2 устройство (2) состоит из подложки (10) на основе кремния (Si) и покрытия (20) на основе DLC, оба из которых являются нетекстурированными.
На фиг. 3 устройство (3) состоит из текстурированной, но непокрытой подложки (10) на основе кремния (Si). Подложка (10) устройства (3) имеет такую же толщину, что и подложка устройства (1). Полости (31) для двух устройств (1, 3) имеют такую же глубину (P31).
На фиг. 4 устройство (4) состоит из нетекстурированной подложки (10) на основе кремния (Si) и текстурированного покрытия (20) на основе DLC. Полости (31) проходят сквозь покрытие (20), но не проникают в подложку (10).
На фиг. 5 устройство (5) состоит из нетекстурированной и непокрытой подложки (10) на основе Si. Подложка (10) устройства (3) имеет такую же толщину, что и подложка (10) устройства (1).
На фиг. 7 график содержит пять кривых, показывающих изменение пропускания (T1, T2, T3, T4, T5) согласно длине (WL) волны для устройств (1, 2, 3, 4, 5). На оси x длина (WL) волны варьируется от 3 до 15 мкм. На оси y пропускание (T) варьируется от 0 до 1.
- Кривая (T1) пропускания соответствует устройству (1) согласно настоящему изобретению, показанному на фиг. 1 и 6.
- Кривая (T2) пропускания соответствует устройству (2), показанному на фиг. 2.
- Кривая (T3) пропускания соответствует устройству (3), показанному на фиг. 3.
- Кривая (T4) пропускания соответствует устройству (4), показанному на фиг. 4.
- Кривая (T5) пропускания соответствует устройству (5), показанному на фиг. 5.
Как показано на графике на фиг. 7, пропускание (T1) устройства (1) улучшено по отношению к каждому из устройств (2, 3, 4, 5) применительно к ширине спектра и максимальному пропусканию (следовательно, минимальному поглощению).
Пропускания (T1, T3) имеют прерывание приблизительно от 3 до 5 мкм, возможно связанное с глубиной полостей (31), проникающих в подложку (10).
На фиг. 8 и 9 графики содержат две кривые, показывающие изменение пропускания (T1, T2) согласно углу падения (Угол) для устройств (1, 2). Следует отметить, что ширина углового пропускания для устройства (1) больше, чем для устройства (2).
На фиг. 10 и 11 схемы показывают изменение пропускания (T1, T2) согласно длине (WL) волны и углу падения (Угол)). Изменение пропускания (T1, T2) представлено в двухмерном виде оттенками цвета. Следует отметить, что диапазон пропускания для устройства (1) больше, чем для устройства (2), за исключением длин (WL) волны, равных приблизительно от 3 до 5 мкм.
Структура устройства (1) образует двухслойную систему, содержащую текстурированный слой (20) покрытия и текстурированный слой (11) подложки (10), расположенные на нетекстурированной части подложки (10).
Благодаря текстуре (30) структура устройства (1) позволяет получить антиотражательные характеристики, улучшенные по отношению к устройствам (2, 3, 4, 5).
Антиотражательные характеристики устройства (1) сравнимы с аналогичными характеристиками многослойных систем, содержащих несколько слоев (20) покрытия, наложенных друг на друга. Выполнение текстуры (30) является особенно преимущественным, когда применение многослойных покрытий не является возможным, практичным или желательным.
На фиг. 12 представлен график, подобный представленному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T1, T2, T3, T4, T5) для пяти устройств (1, 2, 3, 4, 5), выполненных подобно тому, как показано на фиг. 1–5, содержащих слой (20) покрытия на основе диоксида кремния (SiO2), нанесенный на подложку (10) на основе селенида цинка (ZnSe). На оси x длина (WL) волны варьируется от 0,8 до 3 мкм в ближнем и среднем ИК-диапазоне. На оси y пропускание (T) варьируется от 0,7 до 1.
Для устройств (1, 2, 3, 4, 5) подложка (10) на основе селенида цинка (ZnSe) имеет коэффициент преломления n = 2,46.
Для устройств (1, 2, 4) слой (20) покрытия на основе диоксида кремния (SiO2) имеет толщину (E20) 230 нм и коэффициент преломления n = 1,44.
Для устройств (1, 3, 4) полости (31) имеют периодичность (L31) 320 нм и диаметр (D31) 265 нм.
Для устройств (1, 4) полости (31) имеют глубину (P31) приблизительно 400 нм.
Устройство (1) хорошо подходит для пропускания электромагнитного излучения в ближнем и среднем ИК-диапазоне длины волны от 0,8 до 3 мкм.
Как показано на графике на фиг. 12, пропускание (T1) устройства (1) улучшено по отношению к каждому из устройств (2, 3, 4, 5), применительно к ширине спектра и максимальному пропусканию (следовательно, минимальному поглощению).
На фиг. 13 график содержит две кривые, показывающие изменение пропускания (T1, T2) согласно углу падения (Угол) для устройств (1, 2), описанных выше в соответствии с фиг. 12. Следует отметить, что ширина углового пропускания для устройства (1) больше, чем для устройства (2).
На фиг. 14 представлен график, подобный представленному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T1, T2, T3, T4, T5) для пяти устройств (1, 2, 3, 4, 5), выполненных подобно тому, как показано на фиг. 1–5, содержащих слой (20) покрытия на основе фторида магния (MgF2), нанесенный на подложку (10) на основе диоксида кремния (SiO2). На оси x длина (WL) волны варьируется от 0,3 до 1 мкм в видимом, ближнем и среднем ИК-диапазоне. На оси y пропускание (T) варьируется от 0,96 до 1.
Для устройств (1, 2, 3, 4, 5) подложка (10) на основе диоксида кремния (SiO2) имеет коэффициент преломления n = 1,44.
Для устройств (1, 2, 4) слой (20) покрытия на основе фторида магния (MgF2) имеет толщину (E20) 57 нм и коэффициент преломления n = 1,38.
Для устройств (1, 3, 4) полости (31) имеют периодичность (L31) 202 нм и диаметр (D31) 160 нм.
Для устройств (1, 4) полости (31) имеют глубину (P31) приблизительно 94 нм.
Устройство (1) хорошо подходит для пропускания электромагнитного излучения в видимом диапазоне длины волны от 0,38 до 0,78 мкм.
Как показано на графике на фиг. 14, пропускание (T1) устройства (1) улучшено по отношению к пропусканиям (T2, T5) устройств (2, 5) применительно к ширине спектра и максимальному пропусканию (следовательно, минимальному поглощению). Однако пропускание (T1) устройства (1) относительно приближено к пропусканиям (T3, T4) устройств (3, 4).
На фиг. 15 график содержит две кривые, показывающие изменение пропускания (T1, T2) согласно углу падения (Угол) для устройств (1, 2), описанных выше в соответствии с фиг. 14. Следует отметить, что ширина углового пропускания для устройства (1) больше, чем для устройства (2).
На фиг. 16 представлен график, подобный представленному на фиг. 7, показывающий изменение пропускания (T1, T2, T3, T4, T5) для пяти устройств (1, 2, 3, 4, 5), выполненных подобно тому, как показано на фиг. 1–5, содержащих слой (20) покрытия на основе диоксида кремния (SiO2), нанесенный на подложку (10) на основе окиси алюминия (Al2O3). На оси x длина (WL) волны варьируется от 0,3 до 1 мкм в видимом, ближнем и среднем ИК-диапазоне. На оси y пропускание (T) варьируется от 0,96 до 1.
Для устройств (1, 2, 3, 4, 5) подложка (10) на основе окиси алюминия (Al2O3) имеет коэффициент преломления n = 1,69.
Для устройств (1, 2, 4) слой (20) покрытия на основе диоксида кремния (SiO2) имеет толщину (E20) 83 нм и коэффициент преломления n = 1,44.
Для устройств (1, 3, 4) полости (31) имеют периодичность (L31) 176 нм и диаметр (D31) 159 нм.
Для устройств (1, 4) полости (31) имеют глубину (P31) приблизительно 156 нм.
Устройство (1) хорошо подходит для пропускания электромагнитного излучения в видимом, ближнем и среднем ИК-диапазоне длины волны от 0,3 до 1 мкм.
Как показано на графике на фиг. 16, пропускание (T1) устройства (1) улучшено по отношению к каждому из устройств (2, 3, 4, 5) применительно к ширине спектра и максимальному пропусканию (следовательно, минимальному поглощению), в частности для ближнего и среднего ИК-диапазона длины волны.
Другие варианты устройства (1) согласно настоящему изобретению показаны на фиг. 17–37. В целях упрощения составные элементы, сопоставимые с составными элементами первого варианта осуществления, описанного выше, имеют те же числовые обозначения.
На фиг. 17 полости (31) распределены на поверхности устройства (1) с переменной периодичностью. Эта переменная периодичность изменяется согласно определенному правилу, а не случайным образом. Полости (31) являются отдельными и не сообщаются друг с другом. Изменения являются управляемыми, они не вызваны неровным состоянием поверхности устройства (1) и/или неточностями способа текстурирования. Периодичность отличается между центром и краями устройства (1). В центре полости (31) расположены ближе друг к другу, чем на краях.
На фиг. 18 полости (31) имеют симметричный вогнутый профиль в осевой плоскости с диаметром (D31) и сечением площади, которое уменьшается с увеличением глубины (P31).
На фиг. 19 полости (31) имеют асимметричный вогнутый профиль в осевой плоскости с большим размером (D31) и сечением площади, которое уменьшается с увеличением глубины (P31). Если сечение является круглым, наибольшим размером (D31) является диаметр, в ином случае, когда сечение не является круглым, наибольшим размером (D31) является длина. На практике текстура (30) создает разные оптические эффекты согласно ориентации падающего излучения. Это явление усиливается асимметрией полостей (31).
На фиг. 20 полости (31) имеют разные значения глубины (P31a, P31b).
На фиг. 21 полости (31) имеют разные диаметры (D31a, D31b).
На фиг. 22 устройство (1) содержит группу из двух подложек (10) и двух слоев (20) покрытия, расположенных поочередно. Полости (31) образованы только в первой комбинации (10+20) из подложки (10) и слоя (20) покрытия, ориентированной на верхней стороне, которая принимает падающее излучение. В случае многослойного антиотражательного широкополосного устройства (1) это решение позволяет улучшить корректировку фронта волны по сравнению с нетекстурированным многослойным устройством. Также это решение обеспечивает экономию времени по отношению к многослойному устройству, в котором полости (31) проходят сквозь все слои (20, 30), как описано ниже.
На фиг. 23 устройство (1) также содержит группу из двух подложек (10) и двух слоев (20) покрытия, расположенных поочередно. Полости (31) полностью проходят сквозь группу, за исключением последней подложки (10), в которую они частично погружены.
На фиг. 24 устройство (1) содержит задний слой (40), выполненный из материала, отличающегося от материала подложки (10) и от материала слоя (20) покрытия. Покрытие (20) образовано на первой стороне подложки (10), в то время как задний слой (40) образован на второй стороне подложки (10), которая противоположна первой стороне. Задний слой (40) имеет функцию, отличающуюся от функции слоя (20) покрытия. Например, в случае антиотражательного устройства (1) этот задний слой (40) может обеспечивать антиотражательные и механические функции на задней поверхности, в то время как слой (20) покрытия имеет широкополосную антиотражательную функцию. Согласно другому примеру, в случае зеркального устройства (1), этот задний слой (40) может быть спроектирован для отражения некоторой части излучения.
На фиг. 25 устройство (1) содержит две поверхности, выполненные согласно настоящему изобретению и содержащие центральную подложку (10). Каждая поверхность содержит слой (20) покрытия и текстуру (30), образующую полости (31), которые проходят сквозь слой (20) покрытия и частично проникают в подложку (10). Два слоя (20) покрытия могут быть идентичными или разными (в отношении материалов, толщин и т.д.).
Как изображено на фиг. 28, в случае, когда отсутствует дифракционный порядок, поведение поверхности устройства (1) не зависит от направления оптического пути. А именно, направление прохождения света из воздуха в устройство (1) или из устройства (1) в воздух не изменяет коэффициенты отражения и пропускания устройства (1). На фиг. 28 схематически показано, что в этих условиях, независимо от направления устройства (1) и, таким образом, от направления падающего оптического излучения (I), отраженное (R) и пропущенное (T) оптические излучения являются одинаковыми.
Кроме этого, как изображено на фиг. 29, если длина когерентности света не превышает толщину устройства (1), то устройство (1), изображенное на фиг. 25, может считаться узлом, состоящим из двух независимых простых устройств (1a, 1b), расположенных смежно. Коэффициент пропускания изображенного устройства (1) таким образом является произведением коэффициентов пропускания этих двух независимых простых устройств.
Эта конфигурация позволяет улучшить рабочие характеристики устройства (1), поскольку оптическая система таким образом оснащена устройством двойной корректировки фронта волны. Это решение является преимущественным для улучшения корректировки фронта волны, так как оно позволяет использовать две поверхности одного и того же устройства (1) для того, чтобы дважды правильно корректировать фронт волны, вместо добавления второго устройства к первому устройству. Общий объем остается небольшим.
На фиг. 26 устройство (1) содержит первую поверхность, выполненную согласно настоящему изобретению и содержащую слой (20) покрытия и текстуру (30), частично проникающую в подложку (10), и вторую поверхность, содержащую слой (20) покрытия, который не имеет текстуры или не был подвергнут обработке, или подвергнут обработке, отличающейся от текстурирования первой поверхности. Согласно пояснениям, приведенным выше, со ссылкой на фиг. 25, 28 и 29, эта конфигурация позволяет получить эквивалент двух дополнительных устройств (1). Благодаря тому, что вторая поверхность подходит для обработки или текстурирования, это решение позволяет выбирать эффект, который (эффекты, которые) необходимо получить, для одного или более диапазонов длины волны. В первом примере разные обработки могут применяться в одном и том же диапазоне длины волны, например, V-образная антиотражательная обработка и широкополосная антиотражательная обработка. Согласно второму примеру разные обработки могут применяться в разных диапазонах длины волны. Согласно третьему примеру одна и та же обработка может применяться в двух отдельных диапазонах длины волны, которые расположены смежно или перекрываются. Если два диапазона длины волны, обрабатываемые каждой из поверхностей, расположены смежно или перекрываются, устройство (1) может использоваться для обработки более широкого диапазона, чем устройство с одной поверхностью. Альтернативно, если два диапазона длины волны, обрабатываемые каждой из поверхностей, являются отдельными, устройство (1) может обеспечивать функцию фильтра. Согласно конкретному применению можно получить первую обработку в виде корректировки фронта волны для первого диапазона длины волны, связанного с первым детектором, и вторую обработку в виде корректировки фронта волны для второго диапазона длины волны, связанного со вторым детектором.
На фиг. 27 устройство (1) содержит две поверхности, выполненные согласно настоящему изобретению и содержащие центральный слой (20/40). Каждая поверхность содержит слой (20) покрытия и текстуру (30), образующую полости (31), которые проходят сквозь слой (20) покрытия и частично проникают в подложку (10). Подложки (10) и слои (20) покрытия двух поверхностей могут быть идентичными или разными (в отношении материалов, толщин и т.д.).
На фиг. 30 устройство (1) содержит две группы из подложки (10) и покрытия (20), а также задний слой (40). Полости (31) образованы только в первой комбинации (10+20) из подложки (10) и слоя (20) покрытия, ориентированной на верхней стороне, которая принимает падающее излучение. Такую конфигурацию подвергли нескольким испытаниям.
Первое испытание относится к длинам волны видимой области, от 350 нм до 750 нм. Устройство (1) выполнено следующим образом:
- подложка (10) выполнена из HfO2, покрытие (20) выполнено из SiO2, и задний слой (40) выполнен из аморфного углерода;
- толщина (E201) первого покрытия составляет 98 нм;
- толщина (E101) первой подложки составляет 409 нм;
- толщина (E202) второго покрытия составляет 174 нм;
- толщина (E102) второй подложки составляет 73 нм;
- толщина заднего слоя (40) не задана;
- полости (31) текстуры (30) имеют глубину 377 нм и таким образом проходят сквозь первый слой (20) покрытия и частично погружены в первый слой (10) подложки. Они являются круглыми, имеют диаметр 138 нм и равномерно распределены по квадратной матрице с шагом 174 нм.
На фиг. 31 показана кривая (T3) пропускания этого устройства (1) по сравнению:
- с кривой (T2) пропускания устройства, содержащего те же группы из подложки (10), покрытия (20) и заднего слоя (40), но без текстуры (30);
- с кривой (T1) пропускания устройства, содержащего только слой на основе аморфного углерода.
Можно быть ясно видно, что устройство (1) согласно конфигурации выше позволяет получить пропускание, которое улучшено по отношению к двум другим конфигурациям и охватывает значительно больший диапазон длины волны.
Второе испытание относится к длинам волны ближней инфракрасной области, от 1 до 2 мкм. Устройство (1) выполнено следующим образом:
- подложка (10) выполнена из Si3N4, покрытие (20) выполнено из SiO2, и задний слой (40) выполнен из ZnSe;
- толщина (E201) первого покрытия составляет 228 нм;
- толщина (E101) первой подложки составляет 452 нм;
- толщина (E202) второго покрытия составляет 461 нм;
- толщина (E102) второй подложки составляет 166 нм;
- толщина заднего слоя (40) не задана;
- полости (31) текстуры (30) имеют глубину 351 нм и таким образом проходят сквозь первый слой (20) покрытия и частично погружены в первый слой (10) подложки. Полости (31) являются круглыми, имеют диаметр 255 нм и равномерно распределены по квадратной матрице с шагом 320 нм.
На фиг. 32 и 33 показана кривая (T3) пропускания этого устройства (1) по сравнению:
- с кривой (T2) пропускания устройства, содержащего те же группы из подложки (10), покрытия (20) и заднего слоя (40), но без текстуры (30);
- с кривой (T1) пропускания устройства, содержащего только слой на основе аморфного углерода (только на фиг. 32).
Может быть ясно видно на фиг. 32, что устройство (1) согласно конфигурации выше позволяет получить пропускание, которое улучшено по отношению к двум другим конфигурациям и охватывает значительно больший диапазон длины волны.
На фиг. 33 видно, что согласно углу падения оптического излучения на устройство (1) пропускание (T3) устройства (1) улучшено по отношению к пропусканию (T2).
Третье испытание относится к длинам волны средней инфракрасной области, от 7 до 15 мкм. Устройство (1) выполнено следующим образом:
- подложка (10) выполнена из TiO2, покрытие (20) выполнено из DLC, и задний слой (40) выполнен из Si;
- толщина (E201) первого покрытия составляет 1393 нм;
- толщина (E101) первой подложки составляет 541 нм;
- толщина (E202) второго покрытия составляет 2843 нм;
- толщина (E102) второй подложки составляет 838 нм;
- толщина заднего слоя (40) не задана;
- полости (31) текстуры (30) имеют глубину 1934 нм и таким образом проходят сквозь первый слой (20) покрытия и частично погружены в первый слой (10) подложки. Полости (31) являются круглыми, имеют диаметр 1600 нм и равномерно распределены по квадратной матрице с шагом 2000 нм.
На фиг. 34 и 35 показана кривая (T3) пропускания этого устройства (1) по сравнению:
- с кривой (T2) пропускания устройства, содержащего те же группы из подложки (10), покрытия (20) и заднего слоя (40), но без текстуры (30);
- с кривой (T1) пропускания устройства, содержащего только слой на основе аморфного углерода (только на фиг. 34).
Может быть ясно видно на фиг. 34, что устройство (1) согласно конфигурации выше позволяет получить пропускание, которое улучшено по отношению к двум другим конфигурациям и охватывает значительно больший диапазон длины волны.
На фиг. 35 видно, что согласно углу падения оптического излучения на устройство (1) пропускание (T3) устройства (1) улучшено по отношению к пропусканию (T2).
Четвертое испытание также относится к длинам волны средней инфракрасной области, от 7 до 15 мкм. Устройство (1) выполнено следующим образом:
- подложка (10) выполнена из TiO2, покрытие (20) выполнено из DLC, и задний слой (40) выполнен из Si;
- толщина (E201) первого покрытия составляет 1054 нм;
- толщина (E101) первой подложки составляет 2160 нм;
- толщина (E202) второго покрытия составляет 142 нм;
- толщина (E102) второй подложки составляет 1293 нм;
- толщина заднего слоя (40) не задана;
- полости (31) текстуры (30) имеют глубину 1968 нм и таким образом проходят сквозь первый слой (20) покрытия и частично погружены в первый слой (10) подложки. Полости (31) являются круглыми, имеют диаметр 1600 нм и равномерно распределены по квадратной матрице с шагом 2000 нм.
На фиг. 36 и 37 показана кривая пропускания (T3) этого устройства (1) по сравнению:
- с кривой (T2) пропускания устройства, содержащего те же группы из подложки (10), покрытия (20) и заднего слоя (40), но без текстуры (30);
- с кривой (T1) пропускания устройства, содержащего только слой на основе аморфного углерода (только на фиг. 36).
Может быть ясно видно на фиг. 36, что устройство (1) согласно конфигурации выше позволяет получить пропускание, которое улучшено по отношению к двум другим конфигурациям и охватывает значительно больший диапазон длины волны.
На фиг. 37 видно, что согласно углу падения оптического излучения на устройство (1) пропускание (T3) устройства (1) улучшено по отношению к пропусканию (T2).
Более того, устройство (1) может иметь форму, отличную от формы по фиг. 1–37, не выходя за пределы объема настоящего изобретения, определенного формулой изобретения. Кроме этого, технические характеристики разных вариантов осуществления и вариантов, упомянутых выше, могут, в целом или для некоторых из них, сочетаться друг с другом. Таким образом, устройство (1) может быть подходящим с точки зрения стоимости, функциональных возможностей и рабочих характеристик.
Оптическое устройство, подходящее для пропускания/отражения электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра, причем указанное устройство содержит по меньшей мере: одну подложку, выполненную из первого материала, один слой покрытия, выполненный из второго материала, который отличается от первого материала, и поверхностную текстуру, образующую полости в устройстве, полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку. Устройство содержит по меньшей мере один задний слой, выполненный из материала, который отличается от материала подложки и от материала покрытия, причем покрытие выполнено на первой стороне подложки, при этом задний слой выполнен на второй стороне подложки, противоположной первой стороне. Технический результат – улучшение пропускания в большем диапазоне длин волн. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 37 ил. 
1. Оптическое устройство (1), подходящее для пропускания/отражения электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра, причем указанное устройство (1) содержит по меньшей мере:
- одну подложку (10), выполненную из первого материала,
- один слой (20) покрытия, выполненный из второго материала, который отличается от первого материала, и
- поверхностную текстуру (30), образующую полости (31) в устройстве (1),
при этом полости (31) проходят сквозь слой (20) покрытия и частично погружены в подложку (10),
отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один задний слой (40), выполненный из материала, который отличается от материала подложки (10) и от материала покрытия (20), причем покрытие (20) выполнено на первой стороне подложки (10), при этом задний слой (40) выполнен на второй стороне подложки (10), противоположной первой стороне.
2. Устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что полости (31) имеют непрерывный профиль между слоем (20) покрытия и подложкой (10).
3. Устройство (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что полости (31) имеют круглое сечение.
4. Устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что полости (31) имеют вогнутый профиль в осевой плоскости, при этом сечение площади уменьшается согласно глубине.
5. Устройство (1) по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что полости (31) имеют симметричный вогнутый профиль в осевой плоскости.
6. Устройство (1) по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что полости (31) имеют асимметричный вогнутый профиль в осевой плоскости.
7. Устройство (1) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что полости (31) распределены согласно регулярной матрице по поверхности устройства (1).
8. Устройство (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что полости (31) распределены по поверхности устройства (1) с переменной периодичностью, изменяющейся согласно определенному правилу, а не случайным образом, например с периодичностью, отличающейся между центром и краями устройства (1).
9. Устройство (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит группу из нескольких подложек (10) и слоев (20) покрытия, расположенных поочередно, включая по меньшей мере одну первую комбинацию (10+20) из первого слоя (20) покрытия и первой подложки (10) и последнюю комбинацию (10+20) из последнего слоя (20) покрытия и последней подложки (10).
10. Устройство (1) по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что оно содержит группу из нескольких подложек (10) и слоев (20) покрытия, расположенных поочередно, включая по меньшей мере одну первую комбинацию (10+20) из первого слоя (20) покрытия и первой подложки (10) и последнюю комбинацию (10+20) из последнего слоя (20) покрытия и последней подложки (10), при этом полости (31) образованы только в первой комбинации (10+20).
11. Устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что полости (31) полностью проходят сквозь группу, за исключением последней подложки (10), в которую они частично погружены, и при этом полости (31) имеют сечение площади, которое определенно уменьшается в направлении последней подложки (10).
12. Устройство (1) по любому из пп. 9-11, отличающееся тем, что группа содержит по меньшей мере одну промежуточную комбинацию (10+20) между первой комбинацией (10+20) и последней комбинацией (10+20).
13. Устройство (1) по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что оно содержит две поверхности, каждая из которых имеет слой (20) покрытия и поверхностную текстуру (30), образующую полости (31), проходящие сквозь слой покрытия и частично проникающие в подложку или одну из подложек.
14. Устройство (1) по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что оно содержит первую поверхность, имеющую слой (20) покрытия и поверхностную текстуру (30), образующую полости (31), проходящие сквозь слой (20) покрытия и частично проникающие в подложку (10) или одну из подложек (10), и вторую поверхность, имеющую слой (20) покрытия, который не имеет текстуры, или не был подвергнут обработке, или подвергнут обработке, отличающейся от текстурирования первой поверхности.
15. Способ изготовления оптического устройства, подходящего для пропускания/отражения электромагнитного излучения в диапазоне длины волны электромагнитного спектра, причем указанный способ включает по меньшей мере следующие этапы:
- образование по меньшей мере одной комбинации из подложки, выполненной из первого материала, и слоя покрытия, выполненного из второго материала, который отличается от первого материала, затем
- выполнение поверхностной текстуры, образующей полости в устройстве,
при этом полости проходят сквозь слой покрытия и частично погружены в подложку,
отличающийся тем, что дополнительно включает этап образования по меньшей мере одного заднего слоя (40), выполненного из материала, который отличается от материала подложки (10) и от материала покрытия (20), причем покрытие (20) выполнено на первой стороне подложки (10), при этом задний слой (40) выполнен на второй стороне подложки (10), противоположной первой стороне.
| KR 20110019143 A, 25.02.2011 | |||
| US 2015103396 A1, 16.04.2015 | |||
| WO 2010056500 A2, 20.05.2010 | |||
| US 2008074748 A1, 27.03.2008 | |||
| EP 1785748 A1, 16.05.2007. |
