一种高温热源色调制方法与流程

1.本发明属于光学加工技术领域，涉及一种高温热源色调制方法。


背景技术：

2.在日常生活中，绝大多数光学滤波片多见于常温或低温下应用，其原理可以基于不同的机理。然而，生活中，一些需要在高温热源下应用，比如取暖用的壁炉，现代厨房用的电磁炉厨具，等，其工作温度可高达上千度。通常，这些高温热源外部有一层透明保护装置。通常，人们从透明保护装置外看到的这些高温热源散发的是红光。然而，对壁炉、电磁炉等产品的客户调查反馈，一部分客户希望其他颜色，比如，绿光。这就需要对热源外部的透明装置材料进行光学设计和加工。而且，加工后的装置需要满足耐高温及长期稳定性高等特点。目前，缺乏同时能够满足这些要求的技术不多。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述问题，提出了一种高温热源色调制方法，包括以下步骤：
4.s10，采用有限元差分法自编程，按照将高温热源的颜色调制为目标颜色，选择能够达到目标颜色调制的材料，进行一维光子晶体的设计；
5.s20，通过模拟和计算，得到s10中材料的周期层数及每层的厚度；
6.s30，根据s20中材料的周期层数及每层的厚度，采用物理方法在玻璃衬底上制备一维光子晶体；
7.s40，对所制备的一维光子晶体进行表征及高温热源色调制效果检测。
8.优选地，所述s10包括采用两种不同介电材料的薄膜周期性交叠，利用两种材料的不同介电特性，改变光的透射特征，设定两种材料的介电特性、薄膜的厚度以及层数，基于麦克斯韦方程组，进行求解计算，得到光子体的透射率随波长的关系，如果所得结果符合预设要求，即可确定所选材料。
9.优选地，所述s10包括采用二氧化硅和二氧化钛薄膜组成的周期性一维光子晶体。
10.优选地，所述s20中得到的二氧化硅和二氧化钛周期层数为8，每层二氧化硅或二氧化钛的厚度为80
‑
95nm。
11.优选地，所述s30中的物理方法包括磁控溅射法、热蒸发法和原子层沉积法。
12.优选地，所述s30具体包括以下步骤：
13.s31，对玻璃衬底按照顺序分别进行丙酮、乙醇、去离子水超声清洗；
14.s32，用氮气将清洗的衬底吹干，送入腔体内，准备光子晶体制备；
15.s33，沉积第一层二氧化钛薄膜，厚度为80
‑
95nm；
16.s34，在第一层二氧化钛的薄膜上沉积第一层二氧化硅薄膜，厚度为80
‑
95nm；第一层二氧化钛薄膜和二氧化硅薄膜形成第一个二氧化硅/二氧化钛周期；
17.s35，以此类推，制备第二个到第八个二氧化硅/二氧化钛周期，完成一维二氧化硅/二氧化钛光子晶体的制备；
18.s36，进行退火处理。
19.优选地，所述s31中超声清洗时间为5
‑
15min。
20.优选地，所述s36中退火温度为250
‑
900℃，退火时间为30
‑
60min。
21.优选地，所述s40包括对制备的一维光子晶体截面扫描电镜图和测量一维光子晶体的透射率与波长的关系。
22.本发明有益效果至少包括：
23.采用了一维光子晶体薄膜，并沉积在透明衬底上，例如，玻璃。本发明以将高温热源红光转变为绿光为例，进行设计和制备以及效果验证。红光的波长范围是620
‑
760nm，绿光波长范围是492
‑
580nm，从光透射的角度，实现压制光在红光响应波长范围内的投射，同时，使在绿光波长范围具有高透射率。
附图说明
24.图1为本发明实施例的高温热源色调制方法的步骤流程图；
25.图2为本发明实施例的高温热源色调制方法的s10后形成的结构示意图；
26.图3为本发明实施例的高温热源色调制方法的s20后计算的归一化透射率随波长关系图；
27.图4为本发明实施例的高温热源色调制方法的s30后形成的一维光子晶体电镜图；
28.图5为本发明实施例的高温热源色调制方法的效果示意图；
29.图6为本发明实施例的高温热源色调制方法的实际透射率随波长关系图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
32.参见图1，包括以下步骤：
33.s10，采用有限元差分法自编程，按照将高温热源的颜色调制为目标颜色，选择能够达到目标颜色调制的材料，进行一维光子晶体的设计；
34.s20，通过模拟和计算，得到s10中材料的周期层数及每层的厚度；
35.s30，根据s20中材料的周期层数及每层的厚度，采用物理方法在玻璃衬底上制备一维光子晶体；
36.s40，对所制备的一维光子晶体进行表征及高温热源色调制效果检测。
37.s10包括采用两种不同介电材料的薄膜周期性交叠，利用两种材料的不同介电特性，改变光的透射特征，设定两种材料的介电特性、薄膜的厚度以及层数，基于麦克斯韦方程组，进行求解计算，得到光子体的透射率随波长的关系，如果所得结果符合预设要求，即可确定所选材料。
38.具体实施例中，s10包括采用二氧化硅11和二氧化钛22薄膜组成的周期性一维光子晶体，其结构参见图2。
39.s20中得到的二氧化硅11和二氧化钛22周期层数为8，每层二氧化硅11或二氧化钛22的厚度为80
‑
95nm，计算的归一化透射率随波长的关系图参见图3。
40.s30中的物理方法包括磁控溅射法、热蒸发法和原子层沉积法。
41.s30具体包括以下步骤：
42.s31，对玻璃衬底33按照顺序分别进行丙酮、乙醇、去离子水超声清洗；
43.s32，用氮气将清洗的衬底33吹干，送入腔体内，准备光子晶体制备；
44.s33，沉积第一层二氧化钛22薄膜，厚度为80
‑
95nm；
45.s34，在第一层二氧化钛22的薄膜上沉积第一层二氧化硅11薄膜，厚度为80
‑
95nm；第一层二氧化钛22薄膜和二氧化硅11薄膜形成第一个二氧化硅11/二氧化钛22周期；
46.s35，以此类推，制备第二个到第八个二氧化硅11/二氧化钛22周期，完成一维二氧化硅11/二氧化钛22光子晶体的制备；
47.s36，进行退火处理。
48.得到的二氧化硅11/二氧化钛22一维光子晶体结构的截面扫描电镜图参见图4。
49.具体实施例中，s31中超声清洗时间为5
‑
15min。s36中退火温度为250
‑
900℃，退火时间为30
‑
60min。
50.s40包括对制备的一维光子晶体截面扫描电镜图和测量一维光子晶体的透射率与波长的关系。
51.对一维光子晶体进行效果检验，参见图5，20代表高温热源产生的光，通过一维耐高温光子晶体片放在热源上面，10代表的中间部分的光已经从红色(高温热源产生的光)调制为绿色(低温热源产生的光)，而且展现出了出色的耐高温性和稳定性，功能符合预期。
52.进一步测量了该一维光子晶体的透射率与波长的关系，结果参见图6，在红光波长范围是620
‑
760nm，透射率几乎完全被压制。在绿光波长范围是495
‑
570nm，展现出高的透射率。
53.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。