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渐变折射率减反膜是指膜层厚度方向上折射率从空气折射率到光学基片折射率连续变化的减反射膜,它具有宽波段、大角度的减反射效果,在太阳能电池、显示器件等众多领域都有广泛的市场,但是由于低折射率的材料对于制备渐变折射率减反膜是不可或缺的,而自然界目前很少有折射率低于1.35的致密材料,使得渐变折射率减反膜研究进展缓慢。然而多孔材料的折射率可以随孔隙率而改变,可以得到折射率较低的材料,因此多孔低折射率材料被广泛应用于减反膜的制备中。
本论文研究了以多孔阳极氧化铝为材料的渐变折射率大角度、宽波段减反射膜的设计和制备工艺。以混合介质模型公式计算不同孔隙率的多孔氧化铝对应的等效折射率,利用电子束蒸发、阳极氧化和化学刻蚀的方法成功制备了具有特定折射率的单层多孔氧化铝薄膜。在此基础上,通过多次阳极氧化、化学刻蚀的方法制备了五层渐变折射率减反射膜,利用扫描电镜、紫外可见分光光度计、椭圆偏振仪等测试仪器研究了所得样品的表面及截面形貌,膜层的折射率,对入射光的透过和反射等性能。结论如下:
(1)制备的单层多孔氧化铝膜的最低折射率达到1.08——接近空气的折射率,最高折射率为1.47(—)接近玻璃的折射率,并且通过改变化学刻蚀的时间调节氧化铝的孔径,使多孔氧化铝的折射率在1.08~1.47之间任意可调;多孔氧化铝样品的结构单元尺寸在50nm左右,远小于可见光的波长;因此,多孔氧化铝膜可以用于玻璃表面渐变折射率减反射膜的制备。
(2)用EssentialMacleod光学软件模拟了膜层的折射率从玻璃(1.5)到空气(1.0)随线性方程、五次方程和高斯方程变化情况下光学性能,得到了反射率随波长和角度的变化曲线,发现当减反射膜的折射率按高斯曲线变化时具有最好的减反射性能,它的理论反射率在0-60°角及300nm-1200nm波长的范围内都在0.01%以下。
(3)采用电子束蒸发、多次阳极氧化和化学刻蚀的方法成功在K9玻璃表面制备了五层多孔阳极氧化铝渐变折射率减反射膜,每层的折射率和厚度与高斯曲线基本吻合;制备得到的样品的表面颜色呈中性色,没有明显的干涉色产生,在波长460nm-800nm范围内的平均透过率达到98.5%以上,最低反射率可达0.64%:另外,样品在60°角以下都有较低的反射率,具备了大角度、宽波段减反射性能。
(4)采用电子束蒸发、多次阳极氧化和化学刻蚀的方法在具有压花的不平坦的表面成功制备了减反射膜,得到的样品透明性很好。