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Motheye Textuie的增透表面結構

光學增透膜(減反膜)廣泛應用於光電各個領域,如鏡頭、顯示、光電效應等,一般都是採用蒸鍍薄膜實現。為了實現一個波段或多個波段的減反,就必須設計由不同折射指數材料組成的多層膜系,這會帶來膜層與基底以及各膜層之間的附著性以及熱膨脹相互匹配的問題,在惡劣環境中,多層增透膜容易產生失效,造成不良後果。

能否可以不通過鍍膜的方式實現減反效果?答案是肯定的。在自然界中,夜間飛行的飛蛾的眼睛基本對光不產生反射,其眼部結構為一個個有序排列的「鼓包」,眼睛有一層立體內六角蜂窩狀的納米結構(Motheye Textuie),平均高度約為200nm,各個結構間的間隔約為300nm。此結構的特徵尺寸小于波長,大部分的入射光線都被蜂窩狀結構所吸收,並且該結構的折射率自上而下變化,不發生反射。

目前,在一些應用中採用Motheye Textuie結構代替AR膜層,Motheye Textuie結構是在基底材料表面經過腐蝕光刻的方法形成的,一般包括掩模製備、刻蝕技術等流程。根據對錶面Motheye Textuie結構的設計可以得到任意折射率的匹配,同時在很寬的視場和一個很寬的波長範圍內反射損失很小。一般的設計原則是高度要超過最長波長的40%,結構的間距是最短波長的5%~30%。

Motheye Textuie減反主要應用於LED發光器件和聚合物太陽能電池。

LED發光器件:將Motheye Textuie結構與光學元件進行結合,在傳統光學元件刻蝕Motheye Textuie結構實現減反功能;將減反結構製作在柔性襯底上降低因反射帶來圖像對比度下降的問題。早在2013年,夏普超高清電視 LC-70UD1和LC-60UD1採用Motheye Textuie結構。

聚合物太陽能電池同時具有無機半導體的光電特性和金屬的導電性以及聚合物優良的柔韌性和加工性,在製作成本、方法、應用等各方面有優勢。太陽能電池的低效率是由吸光層材料的反射造成,應用Motheye Textuie技術解決了此反射問題,結果發現,Motheye Textuie結構的太陽能電池的光電流密度提高11.17%,太陽能電池量子效率提高13%。

聚合物太陽能電池Motheye Textuie結構製作流程

科學家已經開發了藉助於嚴格的矢量衍射計算的設計軟體,根據預計的工作波長,反射率和透過率的要求,設計出表面Motheye Textuie結構。與多層減反膜相比,Motheye Textuie結構對於入射光並不嚴格要求垂直入射,因而可以在加大入射角的情況下均保持較高的透過率。

對於CdTe,ZnS和ZnSe的Motheye Textuie結構設計預設的透過率

Motheye Textuie結構目前還沒有用於光學成像系統透中光學透鏡的公開報道,但其在較大入射範圍內的減反優勢明顯,具有非常大的應用潛力,而Motheye Textuie表面結構對光學成像系統影響的研究變得至關重要。

轉載請註明出處:微信公眾號Infrared_Optics

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