用于光学带通滤波器的复合颗粒制造技术

本发明专利技术涉及在光学带通应用中用作红外反射器的复合聚合物颗粒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在光学带通应用中用作红外反射器的复合聚合物颗粒。
技术介绍
光学带通滤波器在预定波长带上透射光，而通过吸收、辐射或散射阻止所有其它 波长的光。这些滤波器可以用于例如太阳能板，激光腔或光通信系统。例如，当它们配置 在激光腔之内或之外的时候，可以用来限制激光器工作的波长。在光通信系统中，它们可 以用于光学接收器的输入处，分离不需要的光，例如信号波长带之外的自发发射噪声。参见 D. M. Shamoon, J. M. H. Elmirghani,R. A. Cryan的“有光纤布拉格光栅光纤的光学预放大接收 器白勺表征(Characterisation of optically preamplified receivers with fibre Bragg grating optical fibers)，，，IEEE Colloquium on Optical Fiber Gratings, 1996年3 月。在某些应用中，希望将不希望有的辐射反射或反向散射，而不是吸收。例如，如果 需要阻止红外辐射，则吸收这些红外辐射会导致滤波器和其它附近的部件发热，而反射或 反向散射则不会造成发热。在现有技术中，人们已经使各种方法有利于提供能够透射全部 或一部分的可见光谱，同时反射红外辐射的滤波器。这些基础方法对于本领域技术人员来 说是众所周知的，因此下面只对它们作简短的讨论。第一种方法包括沉积多层干涉带通滤波器，该滤波器全部包括介电层。多层带通滤波器可以是多空腔或者多半波带通滤波器的形式，其包括交替的高折 射率和低折射率介电层的组合，其中一部分的光学厚度约为特定波长的1/4，其中一部分的 光学厚度为该波长的一半。通常将层为1/4或一半波长厚度的波长称作中心波长，通常使 该波长对应于要通过滤波器的波长范围的频率中心。多层带通滤波器也可以为长波长和短波长通过滤波器(常称为边缘滤波器)的组 合的形式。该组合通常包括至少一个限定短波长边缘的滤波器(设计成使比该短波长边缘 长的波长通过)和一个限定长波长边缘的滤波器(设计成使所有较短的波长通过)。全电介质滤波器的优点在于，由于介电层中吸收可能非常低，因此透射可能非常 高。透射可能主要受到在要通过滤波器的波长范围内反射可能减小的程度的限制。全电介质滤波器的缺点在于，为了从反射区域或停止区域对透射区域提供足够陡 的转变，可能需要多达20层。为了使得停止区域在波长的宽带上延伸，可能需要五十层或 更多层。对于比要通过的波长区域长的波长来说，延伸的停止区域可能是特别的问题，因为 这些层必须制成越来越厚，以阻挡越来越长的波长。另外，需要复杂的层结构以阻止长波长 阻挡层的高级反射带出现在要通过的波长范围内。Berning和Turner在论文"适用于带通滤波器设计的吸收膜中的诱导透射 (Induced Transmission in Absorbing Films Applied to Band Pass Filter Design)", J. Opt. Soc. Am. 74，3，230-239中提出了第二种沉积多层带通滤波器的方法。在此方法中，金 属层(优选是银层)在任一侧与包括交替的高折射率层和低折射率层的层叠体的多层介电 反射层系统结合，所述各高折射率层和低折射率层的光学厚度约为要通过的波长范围中点波长的1/4。在此范围的长波长侧，该金属层提供了所需的阻挡反射。通常将这些滤波器称 为诱导透射滤波器。透射基本上是使用1/4波长的多层层叠体、通过金属层“诱导”的，由 此减少了要通过的波长范围内来自金属层的反射。最初人们提出这种滤波器适合于使有限的波长范围通过，例如在电光系统中用作 滤色片。现在这些滤波器以非常简单的形式用作低发射率(保热性)涂层，用于建筑玻璃 窗。在此简单的形式中，金属层较薄，例如厚度约10纳米(nm)，电介质层叠体减小到仅一个 较高折射率的层。该简单形式的缺点在于，由于银层较薄(以提供足够宽的通过区域，以适应可见 光谱)，滤波器无法有效地阻挡近红外波长，而近红外波长构成了太阳光谱中的大部分。如W0200507^47揭示的，带通滤波器也可以由导电材料或半导体材料(例如氧化 铟锡)制造，其具有所谓的等离子体波长。在此情况下，所有的大于等离子体波长的波长都 被反射。该滤波器的制造成本很高，具有较窄的可调节区域。人们还使用胆留型液晶制造了波长选择性滤波器。US472M60A描述了一种用两层 含胆留型液晶的膜制造的陷波滤波器。这些滤波器能够阻挡特定范围波长的光，使得其它 的波长通过，因此比带通式滤波器更适合称为陷波滤波器。它们的缺陷在于胆留型液晶的 成本非常高，而且工作温度范围较窄。最后，如US 2009/0015908A1揭示的，人们使用在较低折射率基质中高折射率胶 体颗粒的规则间隔的排列构造了带通滤波器。该系统的缺陷在于，难以形成和保持胶体颗 粒的规则间隔的排列。红外反射光学带通滤波器有很多种应用。一个这样的例子是光伏太阳能电池。光 伏太阳能电池能够将一部分入射的太阳辐射转化为电能，是电能的重要来源。但是，在升高 的温度下，转化过程的效率会降低，例如对于晶体硅太阳能电池，每。C会降低大约0. 45%。 目前晶体硅太阳能电池的技术状况是效率约为25%，因此每。C降低0. 45%是非常显著 的。红外反射光学带通滤波器的第二个非限制性例子是用于窗玻璃，以降低建筑物、 汽车和其它结构上的热负荷。有多种现有的方法来处理窗玻璃，以提高阻热性，例如施加多 层电介质、金属薄膜和染色的聚合物膜。这些方法会显著减小可见光的透射，这是人们不希望看到的。另外，如果能够将红外反射光学带通滤波器结合入屋顶材料中，或者在屋顶安装 之后，涂覆在屋顶上，将会是有益的。许多房主出于美观或当地法令的原因，不喜欢有白色 或浅色的屋顶。能够反射红外射线的深色屋顶将会显著节约能源，有利于环境。对于这个 问题，现有的方法包括使用特殊的红外反射性颜料。这些材料可以以非常有限的调色得到， 成本高，在一些情况下具有高毒性。本专利技术克服了现有技术在光学带通滤波器结构中的一些限制。首先，与其它常规 的带通滤波器相比，本专利技术的带通滤波器在带通区域内具有较高的透射。第二，由于所述复 合聚合物颗粒本身是内部构造的，它们可以很容易地制造成各种形状和形式，这是因为它 们不需要形成具有不同折射率的材料的多层层叠体，也不需要形成和保持构造的胶体或液 晶。具体来说，所述颗粒可以加入粘合剂材料中，以涂料的形式很容易地施涂在各种基材 上。第三，所述带通滤波器要比现有技术的某些滤波器更结实、耐冲性更高、并且灵活性更4尚。
技术实现思路
本专利技术提供了一种光学带通滤波器，其包括复合颗粒，其中，所述复合颗粒包含聚合物和高折射率材料。附图说明图1是对比例1的各种珠粒种类的反向散射的理论计算-TW2粒径=IOOnm ；图2是对比例2的各种珠粒种类的反向散射的理论计算-TW2粒径=160nm ；图3是对比例3的各种珠粒种类的反向散射的理论计算-TW2粒径=200nm。具体实施例方式在本专利技术中，“光学带通滤波器”表示具有以下特征的器件该器件能够使得特定 波长的光通过，而吸收最小，同时会使得其它特定波长的光反射或反向散射，同样也是吸收 最小。光学带通本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光学带通滤波器，其包括：复合颗粒，其中，所述复合颗粒包含聚合物和高折射率材料。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·戈里尔，S·菲茨沃特，B·恩斯拉，
申请(专利权)人：罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：US