近红外车载激光雷达高耐磨双层减反膜

工作波长为905 nm的激光雷达在汽车自动驾驶领域具有强大的应用前景,但工业常用的磁控溅射减反膜,作为其光学窗口表面涂层之一,存在耐磨性不足问题,难以适应恶劣户外环境。采用溶胶凝胶法结合高温固化工艺,为工作波长为905 nm的车载激光雷达减反膜提供高耐磨、低成本的解决方案,并研究了固化温度、盐酸浓度、络合剂存在且低酸浓度下的含水量对TiO2折射率的影响。从反射率、粗糙度、硬度、耐磨性等方面对采用不同底层固化方式的双层减反膜的光学性能和机械性能进行评估,结果表明:当入射光波长为905 nm时,薄膜表现出优良的减反性能,入射角为15°时反射率小于1%,入射角为60°时反射率小于5%,粗糙度最低为0.005μm,基本满足水平视角120°的激光雷达的光学需求。薄膜铅笔硬度达8H,最多能够承受8000次往复摩擦且无明显损伤,具有优良的适应恶劣环境的能力。

超薄晶硅太阳电池表面介质纳米结构减反及陷光机理研究

该文以实现宽谱减反、吸收增强的介质纳米结构织构化表面超薄晶硅太阳电池为目标,利用时域有限差分(FDTD)方法,系统仿真不同形貌纳米结构对太阳电池宽谱减反及吸收性能的影响。同时,借助仿真所得电场强度分布数据,进一步分析介质纳米结构织构化表面的超薄晶硅电池减反及陷光机理。结果表明:基于Mie共振散射、Fabry-Perot共振等多种模式的共同作用,表面制备介质纳米结构的超薄晶硅电池对入射光的吸收能力较表面制备单层减反层的电池大大提升,在部分波段甚至超过Yablonovitch界限。

溶胶-凝胶法制备SiO_(2)减反膜研究

抗反射涂层(减反膜)在军事、日常生活、工业等各领域有广泛应用。特别是对高能激光系统(惯性约束核聚变至关重要的技术之一)有重要意义。文章分析了减反膜的光学原理,介绍了其常用制造材料二氧化硅(SiO_(2))的特性。论述了溶胶-凝胶法制备减反膜的原理及独特优点,描述溶胶-凝胶法镀制减反膜的过程,即通过反应制得SiO_(2)前驱待镀膜溶胶,再经由浸涂、旋涂、喷涂与涂布等方式镀制减反膜。分析了前体溶胶中各种化学反应过程,及反应中各因素对SiO_(2)材料和最终镀制减反膜的影响。最后叙述了溶胶-凝胶法制备减反膜的新进展,如向溶胶中加入添加剂、改造待镀膜材料以及与其他制备减反膜的方法联合改性等方法。这样制得的减反膜不仅增强了膜的光学性能还使之具有了如自清洁等功能。最后展望了其在光伏、LED照明与多种前沿技术领域的应用。

自清洁SiO_(2)/TiO_(2)减反膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备了SiO_(2)溶胶和TiO_(2)溶胶,利用浸渍提拉法在光伏玻璃上制备了SiO_(2)/TiO_(2)减反膜。用光谱透射比测量仪和椭偏仪测定了薄膜的透光率和折射率,通过场发射扫描电子显微镜观察了薄膜的形貌结构,最后考察了薄膜的自洁性能和耐候性能。结果表明:随着溶胶中TiO_(2)浓度的升高,SiO_(2)/TiO_(2)减反膜的厚度不断增加,而透光率逐渐减小,折射率逐渐增大。在波长为600nm时,TiO_(2)浓度最低的减反膜(ST-300)的透光率为94.4%,折射率为1.33。ST-300减反膜的表面平整,结构致密。光催化2h后,ST-300减反膜可将10mg/L的甲基蓝溶液降解11.2%,经过耐候处理后,其透光率衰减值仅0.08%~0.15%。

ITO多层减反膜系设计及制备研究进展

玻璃基片表面沉积ITO薄膜赋予玻璃诸多优异的电学、光学性能,但ITO薄膜的沉积也使得玻璃在可见光区透过率下降10%左右,在近红外区呈现高吸收、强反射现象,一定程度上弱化了ITO玻璃的部分应用。通过ITO多层减反膜的设计可以有效地解决上述问题,拓宽ITO薄膜玻璃的应用范围。本文首先阐述ITO薄膜沉积后光学曲线及该曲线各波段光学性能变化的理论解释,进而概述常规的减反膜系设计方法及膜层材料选择,并重点介绍ITO多层减反膜系的相关研究动态,本文结尾对ITO多层减反膜的设计和制备进行了展望。

单层膜对超短脉冲的减反效果分析

利用多光束干涉方法分析了超短光脉冲通过单层介质膜的情况 ,研究了半导体激光器端面镀制的单层减反射膜中的电场变化、透过减反膜电场的时间特性、以及脉冲的能量反射率。

太阳能玻璃表面高强度双层减反膜制备研究

用膜系设计软件设计了λ/4-λ/2的W型的双层减反射薄膜,优化了薄膜的光学常量,并使用溶胶-凝胶技术在玻璃基底上成功镀制了该双层折射率梯度的减反射薄膜.用椭圆偏振光谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计、原子力显微镜等分析表征了薄膜的性能.结果表明,镀制了该双层薄膜的玻璃在400nm～800nm波段平均透过率增加了近6%,同时薄膜显示出了极佳的机械强度.

具有自洁和耐磨功能SiO_2/TiO_2减反膜的制备与研究

以正硅酸乙酯（TEOS）和钛酸正丁酯（TBOT）为原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2溶胶和TiO2溶胶,利用浸渍提拉法制备了SiO2/TiO2双层减反膜.用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、椭圆偏振光谱仪和接触角测量仪等分析表征了薄膜的特性,以光催化降解甲基橙溶液实验来评价薄膜的自洁功能,考察了SiO2/TiO2双层减反膜的耐磨擦性.结果表明,SiO2/TiO2双层减反膜在400-800nm可见光波段的透光率最高可达97.2%,薄膜表面平整,结构致密且粗糙度小,经紫外灯照射后薄膜的水接触角接近0°,光催化2h后可将5mg/L的甲基橙溶液降解43.6%.SiO2/TiO2减反膜还具有优良的耐磨擦性能.

溶胶-凝胶法制备宽带减反膜

为了克服单层减反射膜剩余反射高,色彩还原性能差的缺点,需要制备宽带减反膜。纳米多孔SiO2薄膜可以实现很好的宽带减反效果。本文用光学薄膜设计程序模拟了光学参数的变化对薄膜光学性能的影响,优化了薄膜的光学参数。实验上通过酸碱两步法和溶胶 凝胶技术制备了折射率梯度的纳米多孔SiO2宽带减反膜。采用椭偏仪、FE SEM、紫外 可见分光光度计等方法研究薄膜的光学特性和表面形貌。结果表明实验制备的SiO2薄膜具有可控的纳米多孔结构,折射率在1.18～1.43之间可连续调节。形成的宽带减反膜在可见光区域的平均反射率仅为0.44%。

单甲基原位改性SiO_2疏水减反膜的制备与性能研究

在碱性条件下通过TEOS和MTES的共水解缩聚反应制备了单甲基原位改性的SiO2溶胶,并使用提拉法在K9玻璃基片上镀制了疏水减反膜。通过透射电镜(TEM)考察了镀膜溶胶的微结构,分别使用红外光谱(FTIR)分析了薄膜的组分,用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌和起伏状况,用紫外可见光谱(UV-vis)考察了薄膜的减反射性能,用接触角仪测量了薄膜对水的接触角。并使用“R-on-1”的方式测量了薄膜在Nd:YAG激光(1 064 nm,1 ns)作用下的损伤阈值。结果表明,通过共水解缩聚反应可以把甲基引入镀膜溶胶簇团中,改善了溶胶簇团的网络结构,使薄膜得到相当好的疏水性能和更好的抗激光损伤性能,同时薄膜能保持较好的减反射性能。

飞秒激光多光束干涉光刻硅表面减反微结构

为了得到均匀分布的硅表面微结构,提出了一种利用多束激光干涉光刻的方法来实现对硅表面微结构分布特征的控制.利用空间光调制器实现飞秒激光多光束干涉,形成分布均匀、周期可控的空间点阵,利用聚焦的空间点阵在单晶硅表面烧蚀得到规则分布的凹坑状结构,并通过改变附加给空间光调制器的相位实现对微结构分布特征及间距的控制.用扫描电子显微镜和分光光度计分别对结构的形貌特征和光学特性进行了测量,结果表明:采用底角为2°的四棱锥镜相位形成四光束干涉,通过10×物镜聚焦,在激光功率25mW、曝光时间30s时,可以形成间距约为3.3μm的密排凹坑微结构,所形成的凹坑结构具有良好的减反效果,在1.2～2μm近红外波段的透过率相对抛光硅平均提高了11.5%.

界面层对激光减反膜的影响研究

激光技术的发展对减反膜提出了超高透过率的要求,基板的表面特征在高精度减反膜的设计与制造中不可忽略。选择熔融石英为基板,Ta2O5和SiO2为高低折射率膜层材料,针对在0°入射角下工作的532 nm激光减反膜进行设计与分析,得到膜层内的电场分布。在模拟计算中将基板的表面粗糙度等效为等比例混合膜,计算分析了理想设计条件下不同厚度界面层的V型减反膜,得到透过率与界面粗糙度的数值函数关系,最后利用数值优化的方法对理想设计进行修正,得到了存在界面层的减反膜修正结果,研究结果有助于实现超高透过率短波长激光减反膜的设计与制备。

提拉法耕备耐刮擦SiO2减反膜

以正硅酸N（TEOS）原料，采用碱／酸两步催化法制备出SiO2溶胶，在未钢化的玻璃表面经提拉法制备SiO2薄膜，利用玻璃的钢化过程对薄膜进行热处理。使用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、椭偏仪、傅立叶红外光谱、分光光度计等分析了薄膜的特性。实验结果表明经过玻璃的钢化后，薄膜反射率峰值为0．17％，在400-800nm的波长范围内平均反射率较镀膜前下降了5％以上，同时薄膜具有较好的耐刮擦性能。

TiO_2/SiO_2双层减反膜在太阳电池上的应用

利用二氧化硅(SiO_2)对太阳电池表面的钝化作用,对传统的二氧化钛(TiO_2)单层减反膜进行了改良。基于理论模拟分析了光反射率随膜层(TiO_2/SiO_2)厚度变化规律,结合实验上SiO_2最佳厚度经验值,制备了晶体硅太阳电池(即TiO_2/SiO_2/Si),并和SiN_x/Si结构的晶体硅太阳电池相比较。分别测试了少子寿命、反射率、电性能参数等,结果表明这种改良后的TiO_2减反膜也可以取得很好的减反效果和钝化效果。镀有TiO_2/SiO_2双层膜与SiN_x减反膜绒面晶体硅片的积分反射率分别为4.9%和3.9%;使用以上两种不同减反膜制备的太阳电池的开路电压均可达到0.62V。可见这种TiO_2/SiO_2双层膜有望在将来的生产中得到具体应用。

强激光负载Sol-Gel减反膜和防潮膜

对不同比例的Si(OC2H5)4:H2O:C2H5OH:NH3:PEG配方进行优化,在一定的工艺条件下陈化放置,最后得到半透明的悬胶体涂膜溶液.采用浸渍提拉法涂膜.研究了涂膜悬胶体粘度变化的规律性,TEM测量了悬胶体内部SiO2颗粒的尺寸大小以及颗粒之间的聚合状态,研究开发了高激光破坏阈值减反膜和防潮膜.涂制多孔SiO2减反膜后K9和石英玻璃,单波长表面反射率减少约7.5%,激光破坏阈值＞15 J/cm2,1 053 nm/1ns;涂制防潮膜减反膜的KDP晶体,双波长表面反射率减少6.5%～7.5%.膜层表面均匀性优良.

辛基三甲氧基硅烷改性SiO_2疏水减反膜的制备

以正硅酸乙酯为前驱体,氨水为催化剂制备标准SiO_2溶胶,然后在回流前后分别对普通SiO_2溶胶添加适量的辛基三甲氧基硅烷(OTMS)进行修饰,得到OTMS改性SiO_2溶胶。用未进行OTMS修饰、回流前修饰和回流后修饰的溶胶分别制备减反膜,并使用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪、紫外–可见–近红外分光光度计、原子力显微镜和接触角测试仪对薄膜的结构和性能进行表征。结果表明:回流前添加OTMS修饰剂制备的改性SiO_2减反膜具有最优异的耐潮湿环境稳定性能,最高透过率可达99.7%以上;与水的接触角达到120°,在潮湿环境中放置4 w后,透过率只下降0.23%。

用于太阳集热器的sol-gel宽带SiO_2减反膜

为了提高太阳集热器的集热效率 ,必须抑制透明盖板表面的反射 ,纳米多孔 Si O2 薄膜可以达到宽带减反射效果。理论分析获得了优化的纳米多孔复合 Si O2 宽带减反膜的光学参数 ,实验上通过 TEOS水解与缩聚反应 ,控制不同的催化剂、反应剂配比等条件 ,成功获得了不同颗粒的 Si O2溶胶 ,制得具有折射率可调的 sol- gel薄膜以及台阶折射率变化的双层纳米复合 Si O2 薄膜。薄膜的光学参数采用椭偏仪和台阶仪进行测量 ,薄膜形貌特征及结构通过 SEM观测 ,基底和薄膜的反射率则用分光光度计测量。在 30 0— 2 5 0 0 nm波段内玻璃表面的平均反射率 ,从未镀膜的 0 .0 6 9降低到镀膜后的 0 .0 12 ,实验结果与理论计算基本吻合。

阶段离子束辅助法制备基频减反膜

在研究阶段离子束辅助制备方式对薄膜性质影响的基础上,采用电子枪蒸发及离子束辅助沉积制备了氧化铪及氧化硅单层膜,采用阶段离子束辅助沉积及全程非离子束辅助沉积制备了基频减反膜。测量了所有样品的弱吸收、残余应力和激光损伤阈值。结果发现,相对电子枪热蒸发制备的样品,离子束辅助沉积的单层膜具有大的弱吸收、低的激光损伤阈值,且张应力减小,压应力增加;阶段离子束辅助沉积制备的减反膜剩余应力变小,弱吸收稍微增加,激光损伤阈值从10.91 J/cm2增加到18 J/cm2。分析表明,离子束辅助沉积在引入提高样品激光损伤阈值有利因素的同时,也引入了不利因素,阶段离子束辅助沉积在引入有利因素的同时,有效减少了不利因素的引入,从而提高了样品的激光损伤阈值。

多功能太阳电池减反膜研究进展

减反膜(ARCs)能减少太阳电池表面反射,提高电池效率,近年来得到了极大的关注。光伏器件常应用于户外环境,因此ARCs不仅要具有基本的减反射性能,还应具有自清洁性、耐磨损和耐久性等更多实际应用能力。本文概括了减反膜的基本原理,介绍了一些常用ARCs材料(SiO2、TiO2、SiNx等)和制备ARCs的方法,总结了目前的一些研究成果。最后,讨论了ARCs未来的发展趋势及挑战。

超声清洗与激光预处理对减反膜阈值的影响

研究了超声清洗和激光预处理两种后处理手段对减反膜的损伤特性的影响。采用电子束蒸发技术制备了1 064 nm减反膜,利用超声清洗及激光预处理的方法分别对样品进行处理,并对处理前后的样品分别进行激光损伤阈值测试及破斑深度测量。结果表明:处理后减反膜的损伤阈值均有所提升,但激光预处理的阈值增强效果更加明显;超声清洗前后的破斑深度没有大的变化,而激光预处理后的破斑深度比处理前浅得多;原因在于超声清洗只能去除表面杂质,激光预处理可减少和抑制膜层内较深处的缺陷。