【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学薄膜，具体涉及一种无氢化硅的滤光膜及其设计、制备方法和应用。
技术介绍
1、激光雷达最早应用于军事领域。随着自动驾驶技术的兴起，车载激光雷达作为核心探测仪器得到了广泛使用。它能够对车辆周围的物体进行测距，并在扫描系统的帮助下完成对周围环境的三维(3d)建模，其探测距离可达300米，从而精确获取外部环境信息，为自动驾驶技术提供环境数据支持。目前，车载激光雷达主要使用波长为905nm和1550nm的激光器。相较于1550nm的砷化镓光电探测器，905nm的硅基光电探测器技术更为成熟。
2、激光雷达窗口作为整体激光器件的保护罩，是激光发射机和光学接收机的一部分。它不仅能保护激光雷达部件免受外界环境干扰，还能提高光学系统的整体效用。激光雷达窗口的基本要求是对发射的激光波段保持较高的透过率。为了满足车辆整体造型的美观要求，近红外激光雷达窗口通常设计成黑色，以遮蔽内部光电器件，并匹配各种车身颜色。此外，黑色设计还能降低外界杂光干扰，增强激光雷达的探测能力，减少颜色污染。
3、目前汽车激光雷达用的滤光膜通常采用二氧化硅层和氢化硅层的交替镀层。例如：
4、公告号为cn218824778u的专利说明书公开了一种汽车激光雷达用滤光片、光模组和激光雷达。所述汽车激光雷达用滤光片包括第一镀膜层和第二镀膜层，以及设于所述第一镀膜层和第二镀膜层之间的基板，所述第一镀膜层包括截止膜层，所述第二镀膜层包括分光膜层。其中，所述第一镀膜层包括交替设置的二氧化硅层和氢化硅层。
5、中国专利cn2022
6、现阶段，磁控溅射是制备氢化硅薄膜的常用方式，在反应溅射过程中，需要通入氢气和氧气，存在安全隐患，必须隔离两种气体，这对连续生产是不利的。为了解决这个问题，可以采用真空互联系统将两个溅射腔室连接起来，并在中间设置隔板，从而实现气体隔离。然而，这种带真空互联系统的磁控溅射设备造价更高昂。
7、因此，寻找一种结构简单且无需通入两种反应气体的替代黑色滤光膜是必要的。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种无氢化硅的滤光膜及其设计、制备方法和在车载激光雷达视窗中的应用。
2、本专利技术采用非晶硅(a-si)、二氧化钛(tio2)和二氧化硅(sio2)分别作为吸收和高、低折射率材料，通过三种薄膜的精确匹配，在400～700nm可见光波段的透过率和反射率极低，而在800～1100nm的激光雷达工作波长范围内具有高透过率，不仅有效提升激光雷达系统的性能和可靠性，还满足车载雷达窗口的美观要求。
3、本专利技术以非晶硅、二氧化钛和二氧化硅为膜层材料，可采用磁控溅射技术制备膜层，避免了该类常规滤光膜使用氢化硅存在氧气和氢气混用的安全问题。
4、本专利技术的膜层无氢化硅，总层数较少(可低至30层)，膜层总厚度较薄(可小于2100nm)，不仅降低了材料成本和制造复杂性，显著降低了生产成本，适用于大规模生产，具有广泛的应用前景。
5、第一方面，本专利技术提供了一种无氢化硅的滤光膜，包括基底和覆盖在所述基底上的膜层，所述膜层包括堆叠的非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层。所述基底可以是本领域常用材料，例如透明光学玻璃基底等。
6、在一些实施例中，所述滤光膜在400～700nm可见光波段平均透过率<0.5％，在800～1100nm近红外波段平均透过率>95％，在400～1100nm波长范围内的平均反射率<4％。
7、在一些实施例中，所述的无氢化硅的滤光膜，吸收层膜料非晶硅在400～1100nm处的折射率为4.1～5，高折射率层膜料二氧化钛在400～1100nm处的折射率为2.25～2.55，低折射率层膜料二氧化硅在400～1100nm处的折射率为1.45～1.47；
8、吸收层膜料非晶硅在400～700nm处的消光系数随波长增大而减小，从2.1降为0，在700～1100nm处的消光系数为0；
9、高折射率层膜料二氧化钛和低折射率层膜料二氧化硅在400～1100nm处的消光系数均为0。
10、所述的无氢化硅的滤光膜，非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层的堆叠顺序、总层数和各层厚度可通过利用导纳法或矩阵法以400～700nm可见光波段平均透过率、800～1100nm近红外波段平均透过率以及400～1100nm波长范围内的平均反射率为目标光学性能进行优化计算获得。具体的，可采用tfcalc软件进行优化计算。
11、在一实施例中，所述的无氢化硅的滤光膜，非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层的层数之和为30层，各层材料和厚度具体如下：
12、 层 材料 厚度 层 材料 厚度 1 a-si 5.9nm 16 <![cdata[sio<sub>2</sub>]]> 86.44nm 2 <![cdata[tio<sub>2</sub>]]> 84.57nm 17 a-si 27.01nm 3 a-si 41.98nm 18 <![cdata[sio<sub>2</sub>]]> 26.63nm 4 <![cdata[sio<sub>2</sub>]]> 36.67nm 19 a-si 708.73nm 5 a-si 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无氢化硅的滤光膜，包括基底和覆盖在所述基底上的膜层，其特征在于，所述膜层包括堆叠的非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层。
2.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层的层数之和为30层，各层材料和厚度具体如下：
3.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层的堆叠顺序、总层数和各层厚度通过采用TFCalc软件以400～700nm可见光波段平均透过率、800～1100nm近红外波段平均透过率以及400～1100nm波长范围内的平均反射率为目标光学性能进行优化计算获得。
4.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，所述滤光膜在400～700nm可见光波段平均透过率<0.5％，在800～1100nm近红外波段平均透过率>95％，在400～1100nm波长范围内的平均反射率<4％。
5.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，吸收层膜料非晶硅在400～1100
6.根据权利要求1～5任一项所述的无氢化硅的滤光膜的制备方法，其特征在于，包括：采用磁控溅射法，在所述基底上镀制非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层形成所述膜层，得到所述无氢化硅的滤光膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，镀制非晶硅吸收层和/或二氧化硅低折射率层时，采用的靶材为硅铝烧结靶或硅靶；
8.根据权利要求1～5任一项所述的无氢化硅的滤光膜在车载激光雷达视窗中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述膜层设置在所述基底面向外界的外表面。
10.一种无氢化硅的滤光膜膜层设计方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无氢化硅的滤光膜，包括基底和覆盖在所述基底上的膜层，其特征在于，所述膜层包括堆叠的非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层。
2.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层的层数之和为30层，各层材料和厚度具体如下：
3.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，非晶硅吸收层、二氧化钛高折射率层和二氧化硅低折射率层的堆叠顺序、总层数和各层厚度通过采用tfcalc软件以400～700nm可见光波段平均透过率、800～1100nm近红外波段平均透过率以及400～1100nm波长范围内的平均反射率为目标光学性能进行优化计算获得。
4.根据权利要求1所述的无氢化硅的滤光膜，其特征在于，所述滤光膜在400～700nm可见光波段平均透过率<0.5％，在800～1100nm近红外波段平均透过率>95％，在400～1100nm波长范围内的平均反射率<4％。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：马赛男，葛芳琪，刘涌，韩高荣，王立坤，龚煜，
申请(专利权)人：浙江大学宁波五位一体校区教育发展中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。