光波导上的抗反射涂层制造技术

一种抗反射波导组件包括：具有第一折射率的波导基底，设置在波导的第一表面上的多个衍射光学元件，以及设置在波导的第二表面上的抗反射涂层。该抗反射涂层优选地增加通过施加有该抗反射涂层的表面进入波导的光的吸收，使得光的至少97％被透射。该抗反射涂层由四个材料层组成，这四个材料层具有不同的折射率，其中第一折射率和虚折射率小于1×10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光波导上的抗反射涂层相关申请的交叉引用本申请要求2017年12月10日提交的序列号为62/596,904的美国临时专利申请和2018年10月26日提交的序列号为62/751,240的美国临时专利申请的优先权，上述每个申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术介绍
诸如窗口或光伏器件(例如，太阳能板)的基底的表面处理受益于分层的抗反射材料的涂层。减少来自撞击玻璃的光的眩光，提高自然光的保持率以降低能源成本，或者增加撞击光伏电池的光的吸收是抗反射涂层的一些使用方式。传统抗反射涂层为相对于基底表面法线基本上垂直的光路提供了益处，但是通常旨在使自由空间光的抗反射性最大化，这些自由空间光预期源于完全位于基底外部的光。传统涂层还寻求提高透射率。除自由空间起源外，某些光学介质操纵光路，因此需要用于优化此类介质的性能的抗反射涂层。
技术实现思路
本专利技术的实施例通常涉及用于光波导中的抗反射涂层的特定材料和层厚度。更具体地，本文描述的实施例和技术涉及抗反射涂层，该抗反射涂层必须便于光传播以实现全内反射(TIR)，同时使正交角度的光反射或其它自由空间光最小化。本文描述的实施例不涉及寻求光的完全透射。一些实施例涉及具有第一折射率的波导基底，例如玻璃。基底可以是平面的或圆柱形的(例如光纤)。对于平面基底，在第一表面上设置多个衍射光学元件(例如光栅)，并且在相对的表面上设置抗反射涂层。对于圆柱形波导，将抗反射涂层施加到外表面。在一些实施例中，波导被配置为接收光，并通过全内反射沿轴传播光。在平面波导中，光沿这样的轴在第一方向上行进，当光从该相应表面的衍射光学元件反射时，在基本上正交的方向上耦出(outcouple)光。在圆柱形波导中，光沿着基本平行于波导长度的轴沿波导反射，然后在远端耦出。此类实施例上的抗反射涂层被配置为使所接收光的s和p偏振态之间的相位延迟最小化，使得光的每个偏振分量通过TIR的反弹角基本相似(similar)。在一些实施例中，抗反射涂层是单个氟化镁(MgF2)层，其厚度在75纳米(nm)至125纳米之间。在一些实施例中，将二氧化硅(SiO2)层作为外层施加到该涂层上。在一些实施例中，抗反射涂层具有小于5×10-4的虚折射率值(在本文中可替代地称为吸收系数)k。在一些实施例中，无论包括涂层的层数如何，完整涂层的k值在5×10-4至1×10-3之间。在一些实施例中，涂层是单层材料。在一些实施例中，涂层在两种材料之间交替，其中一种材料具有与第二材料相比较高的折射率。在一些实施例中，使用少于八层的总层数。在一些实施例中，使用折射率大于2的二氧化钛(TiO2)作为涂层材料；在一些实施例中，折射率在1.45至1.58之间的SiO2与具有二氧化钛的层交替。这些材料和层选择优化了由光波导输出的光的效率，使相位延迟最小化以减少光学缺陷，例如由此类波导输出的图像中的条纹，并且使常规层的人工和材料成本最小化。附图说明图1是示出了抗反射涂层的俯视图，该抗反射涂层关于其使反射光最小化并且使波导中的光吸收最大化的功能而被理解。图2是示出根据一些实施例的平面波导的俯视图，该平面波导耦出经由全内反射传播通过波导的多个光束。图3是示出根据一些实施例的多波导堆叠的俯视图，该多波导堆叠耦出作为光捆束的多个光束。图4是根据一些实施例的具有三个衍射光学元件区域的平面波导的前视图。图5是示出根据一些实施例的在其跨度上衍射光的正交光瞳扩展器的前视图。图6A是示出根据一些实施例的通过波导的多个光反弹的俯视图。图6B是根据一些实施例的透射通过被配置为支持全内反射的波导的能量的干涉仪网络的前视图。图7是示出根据一些实施例的随抗反射涂层中的层而变化的相位延迟关系的曲线图。图8A示出了其中抗反射涂层中的层具有不同n值的基底上的用于蓝光(455nm)的目镜设计的捕获图像。图8B示出了其中抗反射涂层中的层具有不同n值的基底上的用于蓝光(455nm)的目镜设计的模拟图像。图8C示出了其中抗反射涂层中的层具有不同n值的基底上的用于红光(625nm)的目镜设计的捕获图像。图8D示出了其中抗反射涂层中的层具有不同n值的基底上的用于红光(625nm)的目镜设计的模拟图像。图9A至9D是示出根据一些实施例的随抗反射涂层的层数和k值而变化的由波导输出的光能的效率衰减的曲线图。具体实施方式抗反射涂层通常被配置为在具有不同折射率的材料层上产生异相反射。通常，单层抗反射涂层寻求的折射率n等于被涂覆的基底的折射率的平方根，其厚度t等于被抗反射涂层定为目标的光的波长λ的四分之一。等式1ncoating＝√(nsubstrate)等式2t＝λtargetlight/(4·ncoating)图1示出了抗反射，其中光L100撞击介质110并反射光R101，同时透射到介质120并反射光R103，从而产生与光R101的相长干涉；剩余的光L105透射到介质103中。已知许多变型可以提高透射光L105的总量。例如，利用附加的和/或变化的厚度层实现了用单个涂层提高多个波长的透射的宽带抗反射。尽管图1所示的涂层布置可以按预期对自由空间光起作用，但是某些光学系统采用波导技术；增强或混合现实系统特别地在出射光瞳扩展器系统中使该技术最大化以传递来自光源的光，经由TIR使该光传播通过波导，然后耦出到用户的眼睛。图2示出了这种系统的简化形式。示出了一个波导，但是应当理解，其它堆叠在一起的波导(如下面参考图3进一步所述)可以类似地起作用。光400在波导1182的输入表面1382处被注入到波导1182中，并通过TIR在波导1182内传播。输入表面1382可以是由衍射光学元件形成的耦入(incoupling)光栅，从而以支持TIR的角度将光400衍射到波导1382中。在光400撞击耦出衍射光学元件1282的点处，采样部分作为多个出射光束402从波导出射。每个出射光束是光400的采样子束，并且增加了任一采样子束被观看者的眼睛4看到的可能性。因此重要的是，波导1182保持TIR以在其跨度上产生多个出射光束，否则出射光束402将不会分散，所形成的出射光瞳将只能在眼睛4的某些位置被看到，这限制了该系统的适用性和灵活性。图2示出了单个波导系统，但是本领域技术人员将理解，如果单个波导1182赋予光400的采样部分，则执行类似功能的其它波导可以赋予其它采样部分以产生丰富的光效果，例如多色分量图像或深度感知。图3示出了这样的多层系统，该系统具有通过TIR传播光的三个波导1210、1220和1230。当每个光路1240、1242和1244分别在位置1212、1222和1232处耦入时，将撞击布置在波导1210、1220、1230上的相应耦出衍射光学元件1214、1224或1234(未示出来自路径1222和1232的耦出光)，其在两个方向上衍射多个子束：一个方向朝向观看者(如图2中的眼睛4)，由光束3010表示；另一方向在远离观看者的方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗反射波导，包括：/n具有第一折射率的平面波导基底；/n设置在所述波导的第一表面上的多个衍射光学元件；以及/n设置在所述波导的第二表面上的抗反射涂层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171210 US 62/596,904;20181026 US 62/751,2401.一种抗反射波导，包括：
具有第一折射率的平面波导基底；
设置在所述波导的第一表面上的多个衍射光学元件；以及
设置在所述波导的第二表面上的抗反射涂层。


2.根据权利要求1所述的抗反射波导，其中，所述波导是平面的，并且被配置为使光在基本上第一方向上通过全内反射在所述多个衍射光学元件和所述抗反射涂层之间传播，以及使光在与所述第一方向基本正交的第二方向上耦出。


3.根据权利要求2所述的抗反射波导，其中，所述通过全内反射传播的光包括s偏振分量和p偏振分量。


4.根据权利要求3所述的抗反射波导，其中，所述抗反射涂层被配置为减小所述两个分量之间的相位延迟，使得通过所述波导的所述s分量的入射角与所述p分量的入射角基本相似。


5.根据权利要求4所述的抗反射波导，其中，所述抗反射涂层减少从所述第二表面的反射，并且增加通过所述第二表面进入所述波导中的光的透射。


6.根据权利要求5所述的抗反射波导，其中，至少97％的光透射通过所述第二表面。


7.根据权利要求3所述的抗反射波导，其中，所述波导基底是玻璃，并且所述抗反射涂层包括MgF2层。


8.根据权利要求7所述的抗反射波导，其中，所述MgF2层具有75nm至125nm之间的厚度。


9.根据权利要求7所述的抗反射波导，其中，所述抗反射涂层包括SiO2层。


10.根据权利要求8所述的抗反射波导，其中，所述MgF2层紧邻所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·佩罗兹，K·梅塞尔，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国;US