当今光学加工方面教育教学研究

金玉亮

摘  要：為了在光学加工过程中提高紫外增透能力，我们开发了一种有效的制造工艺。在紫外光范围内透射增强显著。透镜表面的局部测量显示，对于紫外光而言，其反射率大大降低，而这种现象在整个透镜上都是均匀的。由此可见，本研究在提高光学加工中的紫外增透具有很好的适用性。

关键词：光学加工，紫外，增透，工艺

抗反射表面是许多光学应用的基本要求。它们可以在许多光学产品中被找到，包括眼镜镜片和照相机物镜，以及高度专业化的光学和实验室系统。抗反射表面采用两种主要技术：干涉涂层^[1]和抗反射结构，也称为motheye结构^[2]。涂层使用相消干涉来减少光的反射。为了获得更宽的光谱性能和角度接收度，必须在光学表面上沉积多层叠层。与抗反射涂层相比，ARS^[3]表现出一些重要的优点。它们作用于宽光谱范围，并且由于其单片结构而对高功率密度的光稳定。尽管这些结构不具备涂层的机械稳定性，但ARS在各种光学的应用中越来越受到关注。

一、 结构设计

我们开发了一种自下而上的技术，不需要任何掩模步骤，只需一个工艺步骤就能在熔融石英中生成ARS。在蚀刻过程中，掩模由蚀刻化学物质本身产生，即所谓的自掩模。因此，出现了完全随机分布的纳米结构。它们表现出显著的抗反射性能，通过改变蚀刻条件，我们能够控制结构的抗反射性能，在紫外光、可见光和红外光范围内具有最大的透射率，如图1所示。由于具有自掩模特性，并且不需要任何光刻制造步骤，我们不仅可以在平面上制造ARS，而且还可以在二元光栅和透镜等结构表面和曲面上制造ARS。

使用平凸透镜，由熔融石英制成，直径25.0mm，焦距37.0mm，棱角45°。在清洗镜片后，凸面用我们的干蚀刻工艺处理，在这些表面上形成ARS，其目标最大透射率在350nm至450nm波长之间。在等离子体蚀刻过程中，通过自掩模在透镜表面形成ARS。蚀刻之后，镜片就可以使用了。我们使用扫描电子显微镜（SEM）图像、波前分析（干涉测量）以及透射和反射测量来对透镜进行表征。

二、 仿真分析

波前测量用于检查在蚀刻过程中透镜形状的变形。在这些测量中，透镜在蚀刻前后进行了表征。经过蚀刻减法处理后，平均总去除量为250nm。图1显示蚀刻后峰谷的最大表面变化约为100nm。这是因为透镜曲面上的蚀刻速率略有不同。但这对ARS的形成和形状的影响相当小。此外，透镜的远场性能不会受到100nm轮廓变化的负面影响。

我们进行了两种测量，首先，使用自制的测量装置确定了透镜几乎整个孔径的光谱透射率。通过将ARS镜片与未经处理的镜片进行比较，可以确定它们的相对透射率。

三、 测试数据对比

测试数据发现在所选波长区间中，透射率增加了约3%，这与3.6%的理论值非常接近。该值是通过考虑熔融石英单一界面上的垂直入射来计算的。透镜上的表面反射被局部确定。透镜在没有散焦的情况下安装在反射光显微镜上。我们使用了氘白光光源和分束器，并用光栅光谱仪测量了透镜的反射。图5显示，透镜表面的局部反射显著减少，尤其是在紫外光范围内。即使在42°的高入射角下，反射仍低于0.6%和1.5%。在300nm波长下，我们在整个角谱上测得的反射率低于0.1%。然而，对于非常短的波长，由于反射测量中不包括散射比例，因此我们不能排除发生散射的情况。但是由于这些短波长的透射率仍在大幅增加，所以散射比例不可能很高。此外，我们还分析了透镜上反射行为的均匀性。本研究中，反射是在25°的恒定方位角下测量的，同时沿极轴旋转透镜。

四、 结论

本文开发的自下而上的制造流程在一个单个的流程步骤中通过自组织创建了这些ARS。通过改变我们的制造条件，我们可以控制结构的抗反射性能，从而使其适应特定的应用。

参考文献

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