宽波段宽角度纳米锥多层膜复合减反射结构的设计与制备研究

Nano-structured antireflection coatings have far reaching application potential in the solar energy capture, eliminating the stray light, the new optical system and many other aspects. In this paper, we put forward a hybrid antireflective structure made up of periodic nano-cone and conventional multilayer thin film, which can be prepared by self-assembly method combined with dry etching technique. First, we carry out theoretical simulation to obtain the hybrid structure parameters. Then, by optimizing the self-assembling and the reactive ion beam etching process, the surface defects of the nano-cone and the optical loss of the hybrid structure is reduced as far as possible. At last, the hybrid structure is modeled and structure parameters can be directly calculated for different substrate materials. The hybrid antireflective structure can not only realize the property that is insensitive to the incident light angle in the wide range from visible light to near infrared, but also overcome the high cost of preparing the surface nanostructures, large-size processing problem, limits of substrate materials and other shortcomings. So the proposed hybrid antireflective structure is a new kind of optical thin film structure and has a broad application prospect.

纳米结构减反射膜，在太阳能的俘获、光学系统中杂散光的消除、新型光学系统等众多方面都有着深远的应用潜力。本项目提出利用自组装方法结合干法刻蚀工艺制备可应用于成像领域的周期纳米锥与传统多层薄膜的复合减反射结构。通过对复合结构的理论仿真计算初步确定纳米锥与多层膜结构参数，进而优化自组装工艺和反应离子束刻蚀技术尽量降低纳米锥表面缺陷，降低复合结构的光损耗，以获得更高的减反射特性，最后对制备的复合减反射结构进行表征并建立完整的复合结构理论模型，对于不同基底材料可以直接算得匹配的复合减反射结构参数。本项目提出的新型复合减反射结构不仅能够实现可见光到近红外较宽波段范围内对入射光角度不敏感的减反射特性，还克服了制备表面纳米结构所需要的高成本，对基底材料局限，无法大尺寸加工等缺点，因此是一种非常新颖且具有广阔应用前景的光学薄膜结构。

纳米结构减反射膜，在太阳能的俘获、光学系统中杂散光的消除、新型光学系统等众多方面都有着深远的应用潜力。本项目提出利用自组装方法结合干法刻蚀工艺制备可应用于成像领域的周期纳米锥与传统多层薄膜的复合减反射结构。通过对复合结构的理论仿真计算确定纳米锥与多层膜结构参数，进而优化自组装工艺和反应离子束刻蚀技术尽量降低纳米锥表面缺陷，降低复合结构的光损耗，以获得更高的减反射特性，最后对制备的复合减反射结构进行表征并建立完整的复合结构理论模型，对于不同基底材料可以直接算得匹配的复合减反射结构参数。本项目提出的新型复合减反射结构不仅能够实现可见光到近红外较宽波段范围内对入射光角度不敏感的减反射特性，还克服了制备表面纳米结构所需要的高成本，对基底材料局限，无法大尺寸加工等缺点，是一种非常新颖且具有广阔应用前景的光学薄膜结构。通过三年的研究，在蓝宝石基底表面实现了400-2000nm宽波段宽角度减反射复合结构的设计与制备。垂直入射情况下平均反射率为0.45%，0-70度入射角度范围内反射率均在1%以下，满足立项设定的研究目标。在项目的资助下，在Nanocale，Optics Express等SCI期刊上共发表论文7篇，参与国际学术会议并做口头报告3次。项目负责人对宽波段宽角度减反射薄膜的研究依然在进行，有望应用于新型光学相机镜头或战斗机光电雷达窗口等重要方向。