光学设备的制作方法

1.本发明涉及光学设备，该光学设备适于透射或反射预定波长范围(例如紫外、可见、红外或微波型)内的辐射。
2.本发明的领域是光学设备的领域，该光学设备被设计为例如装备成像系统。实际上，应用取决于波长范围。


背景技术：

3.以已知的方式，可以通过多层构造和/或通过结构化光学设备来获得减反射或反射镜效果。
4.以下文献描述了光学设备的不同示例。
[0005]-ep3206059a1描述了宽带衍射设备，该宽带衍射设备包括多个基本区域和微结构，这些基本区域和微结构被布置为形成在设备表面具有有效折射率变化的人造材料。
[0006]-bruynooghe(2016年)，“broadband and wide-angle hybrid antireflection coatings prepared by combining interference multilayers with subwavelength structures”,journal of nanophotonics,spie,international society for optics and photonics。该文献描述了与通过干法蚀刻制成的随机结构组合的多层构造。
[0007]-kubota(2014年)，“optimization of hybrid antireflection structure integrating surface texturing and multi-layer interference coating”,thin films for solar and energy technology vi,graduate school of science and engineering,yamagata university,japan。该文献描述了多层构造和蛾眼型阵列的组合的理论研究。
[0008]-camargo(2012年)，“multi-scale structured,superhydrophobic and wide-angle,antireflective coating in the near-infrared region”,chem.commun.,2012,48,4992-4994,royal society of chemistry,united kingdom。该文献描述了若干层的结构化，重点在于改善某些表面行为。
[0009]-ralchenko(1999年)，“fabrication of cvd diamond optics with antireflective surface structures”,phys.stat.sol.,general physics institute,moscow,russia。该文献描述了通过cvd沉积的金刚石的结构化以实现减反射效果。


技术实现要素：

[0010]
本发明的目的是提出具有改进特性的减反射或反射镜型的光学设备。
[0011]
为此，本发明的目的在于一种光学设备，该光学设备适于透射/反射电磁谱的波长范围内的电磁辐射，所述设备至少包括：
[0012]-衬底，其由第一材料制成；
[0013]-涂层，其由不同于第一材料的第二材料制成；和
[0014]-表面纹理化，其在设备中形成空腔，
[0015]
其特征在于，空腔延伸穿过涂层并且部分地沉入衬底中。
[0016]
因此，本发明使得可以以受控的方式修改电磁波的波前。
[0017]
纹理化使得可以使有效折射率在纹理化设备的表面上变化。特别地，纹理化使得可以在衬底的纹理化涂层中和纹理化区域中以受控的方式获得较低的有效折射率。纹理化使得可以通过使用多层直接获得难以达到的有效折射率。折射率根据辐射的波长是可变的。
[0018]
而且，本发明使得可以增大光学功能的有效性所感兴趣的入射角范围。
[0019]
该设备的结构形成至少一个两层系统，该两层系统包括纹理化涂层和衬底的纹理化层，其覆盖衬底的未纹理化部分。
[0020]
根据第一应用，光学设备具有减反射功能。该设备适于透射电磁谱的波长范围内的电磁辐射。该设备包括：至少一个衬底，其由在所述波长范围内可穿透的第一材料制成；涂层，其由不同于第一材料且在所述波长范围内也可穿透的第二材料制成；以及表面纹理化，其在设备中形成空腔。该设备的特征在于，空腔延伸穿过涂层并且部分地沉入衬底中。
[0021]
有利地，本发明使得可以在谱宽和最大透射率(因此最小吸收率)的水平上相对于未纹理化且未涂布的衬底、纹理化但未涂布的衬底、未纹理化涂层的涂布衬底、甚至涂布有纹理化涂层但其纹理化不穿透衬底的衬底改善设备的透射率。这种改善取决于设备的构造，特别是衬底/涂层对和纹理化的特性。
[0022]
与纹理化但未涂布的衬底相比，纹理化的涂层使得可以通过形成较浅的空腔来改善透射率。因此，纹理化更容易且更快速完成。
[0023]
与未纹理化涂层的涂布衬底相比，设备的表面行为得到改变。
[0024]
实际上，该设备无法改善整个电磁谱上的透射率，而是被配置用于波长范围内的透射率，这取决于衬底/涂层对和纹理化的特性。
[0025]
波长范围根据国际照明委员会(cie)所推荐的细分来定义：
[0026]-伽马射线：小于10pm
[0027]-x射线：10pm至10nm
[0028]-紫外线：10nm至380nm
[0029]-可见光：380nm至780nm
[0030]-ir-a(近ir)：0.78μm至1.4μm
[0031]-ir-b(中ir)：1.4μm至3μm
[0032]-ir-c(远ir)：3μm至1mm
[0033]-无线电波：大于1mm
[0034]
对于ir范围，也可以使用以下细分：
[0035]-nir(近ir)：0.75μm至1.4μm
[0036]-swir：1.4μm至3μm
[0037]-mwir：3μm至8μm
[0038]-lwir：8μm至15μm
[0039]-fir(远ir)：15μm至1mm
[0040]
关于透射率，该设备的不同变型不一定比现有技术的设备更高效。然而，根据本发明的设备具有其它优点：易于制造、表面电压等。
[0041]
根据第二应用，光学设备具有反射镜功能。该设备适于反射电磁谱的波长范围内的电磁辐射。该设备包括：至少一个衬底，其由在所述波长范围内反射的第一材料制成；涂层，其由不同于第一材料且在所述波长范围内也反射的第二材料制成；以及表面纹理化，其在设备中形成空腔。该设备的特征在于，空腔延伸穿过涂层并且部分地沉入衬底中。
[0042]
因此，本发明使得可以相对于未纹理化且未涂布的衬底、纹理化但未涂布的衬底、或涂布有未纹理化涂层的衬底来改善设备的反射。
[0043]
根据一种变型，光学设备具有反射镜功能，并且包括：至少一个衬底，其由在所述波长范围内可穿透的第一材料制成；涂层，其由不同于第一材料且在所述波长范围内也可穿透的第二材料制成；以及表面纹理化，其在设备中形成空腔。该设备的特征在于，空腔延伸穿过涂层并且部分地沉入衬底中。
[0044]
替代性地(或与反射和透射功能组合)，光学设备可具有不同于减反射和反射镜功能的修改光学表面的波前的功能。
[0045]
根据第一实施例，设备包括支撑一个或多个涂层的一个单一衬底层。
[0046]-衬底优选具有0.1至30mm之间(例如约1或2mm)的厚度。
[0047]-涂层优选具有0.01至50μm之间(例如对于ir范围为约0.5μm或2μm)的厚度。
[0048]-对于ir应用，衬底的材料是例如硅si、锗ge、硫化锌zns、硒化锌znse等。
[0049]-衬底通常具有晶体结构。
[0050]-涂层可以具有无定形或结晶结构。
[0051]-涂层的材料是例如无定形碳dlc(“类金刚石碳”)、硅si、锗ge、硫化锌zns、硒化锌znse、五氧化二钽ta2o5、二氧化铪hfo2、氧化铝al2o3等。
[0052]-设备优选地包括至少一个背面层。
[0053]-设备可以包括一个单一的衬底和一个单一的涂层。在这种情况下，优选地，衬底的折射率大于纹理化之前的涂层的折射率。
[0054]-设备可以包括一个单一衬底和若干纹理化的涂层。在这种情况下，优选地，衬底的折射率大于纹理化之前的涂层的折射率。替代性地，衬底的折射率可以小于至少一个涂层的折射率。
[0055]
根据第二实施例，设备的结构形成包括多于一个涂层和一层衬底的层的叠层。在这种情况下，各个衬底被定义为涂层的支撑层。
[0056]-衬底和涂层优选具有0.01至50μm之间(例如对于ir范围为约0.5μm或2μm)的厚度。
[0057]-衬底和涂层的材料是例如无定形碳dlc(“类金刚石碳”)、硅si、锗ge、硫化锌zns、硒化锌znse、五氧化二钽ta2o5、二氧化铪hfo2、氧化铝al2o3等。
[0058]-衬底可以具有无定形或结晶结构。
[0059]-涂层可以具有无定形或结晶结构。
[0060]-设备优选地包括至少一个背面层。
[0061]-抵靠最后一个衬底布置的背面层优选具有0.1至30mm之间(例如约1或2mm)的厚度。
[0062]-抵靠最后一个衬底布置的背面层可以具有晶体结构。
[0063]-如果设备包括若干背面层，则第二背面层优选具有0.01至50μm之间(例如对于ir
范围为约0.5μm或2μm)的厚度。
[0064]-背面层的材料可以是例如无定形碳dlc(“类金刚石碳”)、硅si、锗ge、硫化锌zns、硒化锌znse、五氧化二钽ta2o5、二氧化铪hfo2、氧化铝al2o3等，或者对于ir应用也可以是硅si、锗ge、硫化锌zns、硒化锌znse等。
[0065]-如果没有背面层，则最后一个衬底优选具有0.1至30mm之间(例如约1或2mm)的厚度，并且其材料对于ir应用是例如硅si、锗ge、硫化锌zns、硒化锌znse等。
[0066]-设备可以包括交替的若干衬底和涂层的叠层，该叠层包括：第一涂层和第一衬底的至少一个第一组合，其定向在上侧，接收入射辐射；以及最后一个涂层和最后一个衬底的最后一个组合。
[0067]-空腔可以仅形成在接收入射辐射的、定向在上侧的第一组合中。
[0068]-除了空腔部分沉入其中的最后一个衬底之外，空腔完全延伸穿过叠层。
[0069]-优选地，空腔具有在最后一个衬底的方向上严格减小的面积横截面。
[0070]-对于形成叠层的各个组合，空腔可以完全延伸穿过涂层并且部分地沉入衬底中。
[0071]-叠层可以包括在第一组合与最后一个组合之间的至少一个中间组合。
[0072]-设备可以包括用于各个衬底/涂层组合的背面层。在这种情况下，空腔可以延伸穿过背面层，穿透到下一个涂层中。替代性地，设备可包括用于最后一个组合的一个单一的背面层。在这种情况下，空腔不延伸穿过该背面层。
[0073]
根据单独或组合采取的本发明的其它有利特性：
[0074]-对于超过3μm的远ir范围，在衬底中形成的空腔的深度优选在0.5至10μm之间，例如约1μm。
[0075]-对于780nm至3μm之间的近ir或中ir范围，在衬底中形成的空腔的深度优选在0.08μm至3μm之间，例如约200nm。
[0076]-对于可见光范围，在衬底中形成的空腔的深度优选在1nm至600μm之间，例如约80nm。
[0077]-优选地，对于ir应用，衬底和涂层对于1μm至50μm之间的整个波长范围是可穿透的/反射的。
[0078]-优选地，对于8μm至12μm之间的远ir范围，该设备对于所讨论的屈光度实现入射红外辐射的至少90％的透射率/反射率。
[0079]-空腔的特性(形状、尺寸、分布等)取决于所使用的纹理化技术和参数。
[0080]-优选地，空腔具有0.02至3μm之间、特别是1至2μm之间的更大宽度或直径。
[0081]-涂层可以通过薄层沉积技术(例如pvd或cvd)制成。
[0082]-纹理化可以通过任何类型的用于延伸穿过涂层并部分地沉入到衬底中的合适技术来完成，例如激光烧蚀、光刻、纳米印刷等。激光纹理化相对经济且控制良好。
[0083]-纹理化可以通过超短激光来完成，其脉冲持续时间在飞秒或皮秒范围内。通常在200至16000nm之间变化的激光波长根据期望的纹理化特性(空腔的形状和尺寸、图案等)来选择。
[0084]-激光的光机环境包括机动台、显微镜透镜(和/或电扫描仪和/或微球单层)、在线观察单元等。
[0085]-优选地，空腔在涂层与衬底之间的过渡期间具有连续的轮廓。这种连续的轮廓可
以通过在同一纹理化操作(例如激光纹理化)期间在涂层和衬底中形成空腔来获得。连续的轮廓改进了对所寻求的波前形状的控制。实际上，不连续性可能生成衍射或其它不期望的效应。
[0086]-空腔可以具有圆形横截面。
[0087]-空腔具有在最后一个衬底的方向上严格减小的面积横截面。
[0088]-空腔在轴向平面中可以具有凹形轮廓，该凹形轮廓具有根据深度而减小的面积横截面。
[0089]-空腔在轴向平面中可以具有对称的凹形轮廓。
[0090]-空腔在轴向平面中可以具有不对称的凹形轮廓。
[0091]-空腔可以具有不同的尺寸，特别是不同的直径、宽度和/或深度。
[0092]-空腔的尺寸可以周期性地变化。
[0093]-空腔的尺寸可以具有可变的周期性，该周期性根据定义的规则而不是随机地演变。
[0094]-空腔可以随机地分布在设备的表面上。
[0095]-空腔可以根据规则阵列分布在设备的表面上。
[0096]-空腔可以根据具有三角形、正方形、六边形网格等的阵列分布。
[0097]-空腔可以以可变的周期性分布在设备的表面上。
[0098]-可变的周期性根据定义的规则而不是随机地演变。
[0099]-可变的周期性规则地演变。
[0100]-空腔在设备的中心与边缘之间可以具有不同的周期性。
[0101]-空腔可以在设备的中心处更密集。
[0102]-在涂层中，空腔具有20％至91％之间的密度，即，填充空间的比率为20％至91％。91％的比率对应于六边形布置并且彼此接触的空腔。
[0103]-设备可以包括由不同于衬底和涂层的材料制成的至少一个背面层，涂层形成在衬底的第一侧上，背面层形成在衬底的与第一侧相对的第二侧上。
[0104]-背面层例如由硫化锌zns或上述用于衬底或涂层的其它材料制成。
[0105]-设备可包括两个面，每个面具有涂层和表面纹理化，该表面纹理化形成延伸穿过涂层并且部分地穿透衬底或一个衬底的空腔。
[0106]-设备可包括：第一面，其具有涂层和表面纹理化，该表面纹理化形成延伸穿过涂层并且部分地穿透衬底或一个衬底的空腔；和第二面，其具有涂层，该涂层可不具有根据本发明的纹理化，或者接受与第一面的纹理化不同的处理，或者不接受处理。
[0107]-两个面的涂层可以是不同的(材料、厚度等)。
[0108]-设备的面可以是平行的或不平行的。例如，面可以布置在倾斜的平面中。根据另一示例，面可以是凹形的或凸形的。
[0109]
本发明的目的还在于一种用于制造光学设备的方法，该光学设备适于透射/反射电磁谱的波长范围内的电磁辐射，所述方法至少包括以下步骤：
[0110]-形成由第一材料制成的衬底和由不同于第一材料的第二材料制成的涂层的至少一个组合；然后
[0111]-执行在设备中形成空腔的表面纹理化，
[0112]
其特征在于，空腔延伸穿过涂层并且部分地沉入衬底中。
[0113]
本发明在光学设备领域中可以具有许多应用：
[0114]-ir应用：相机、透镜、光学窗口、伪装表面、诱饵等。
[0115]-可见光和近ir应用：光学窗口、透镜、用于成像设备相机的反射镜、激光线、激光成形等。
[0116]-无线电波应用：雷达等。
附图说明
[0117]
在阅读仅作为非限制性示例给出的并且参考附图进行的以下描述时，将最好地理解本发明，在附图中：
[0118]
图1是根据本发明的设备的示意性剖视图，该设备包括硅si衬底、无定形碳dlc涂层和在设备中形成空腔的纹理化，空腔延伸穿过涂层并部分沉入衬底中。
[0119]
图2是类似于图1的横截面，示出了由未纹理化si衬底和未纹理化dlc涂层构成的设备。
[0120]
图3是类似于图1的横截面，示出了由纹理化但未涂布的si衬底构成的设备。
[0121]
图4是类似于图1的横截面，示出了由未纹理化si衬底和纹理化dlc涂层构成的设备。
[0122]
图5是类似于图1的横截面，示出了由未纹理化且未涂布的si衬底构成的设备。
[0123]
图6是图1的设备的示意性顶视图。
[0124]
图7是示出了图1至图5的各个设备的透射率(t为0至1)根据波长(wl为3至15μm)的演变的曲线图。
[0125]
图8是示出了图1和图2的设备的透射率(t作为％)根据设备表面上的辐射入射角(angle为0
°
至80
°
)的演变的曲线图。
[0126]
图9是类似于图8的曲线图，示出了图1和图2的设备的透射率(t作为％)根据入射角(angle为0
°
至60
°
)的演变。
[0127]
图10是示出了根据本发明的图1的设备的透射率(t作为％)根据波长(wl为3至15μm)和入射角(angle为0
°
至80
°
)的演变的图。
[0128]
图11是图2的设备的类似于图10的图。
[0129]
图12是类似于图7的曲线图，示出了如图1至图5中构造的五个不同的设备(具有硒化锌znse衬底且对于一些具有二氧化硅sio2涂层)的透射率(t为0.7至1)根据波长(wl为0.8至3μm)的演变。
[0130]
图13是透射率在图12中展示的两个设备的类似于图9的曲线图，两个设备即为根据本发明的包括纹理化衬底和纹理化涂层的设备和包括未纹理化衬底和未纹理化涂层的设备。
[0131]
图14是类似于图7的曲线图，示出了如图1至图5中构造的五个不同的设备(具有二氧化硅sio2衬底且对于一些具有氟化镁mgf2涂层)的透射率(t为0.96至1)根据波长(wl为0.3至1μm)的演变。
[0132]
图15是透射率在图14中展示的两个设备的类似于图9的曲线图，两个设备即为根据本发明的包括纹理化衬底和纹理化涂层的设备和包括未纹理化衬底和未纹理化涂层的
设备。
[0133]
图16是类似于图7的曲线图，示出了如图1至图5中构造的五个不同的设备(具有氧化铝al2o3衬底且对于一些具有二氧化硅sio2涂层)的透射率(t为0.966至1)根据波长(wl为0.3至1μm)的演变。
[0134]
图17是根据本发明的设备的变型的示意性顶视图，该设备的空腔通过在设备的中心处比在边缘处更密集而在设备的表面上具有可变的周期性。
[0135]
图18是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，空腔具有对称的凹形轮廓，该凹形轮廓具有根据深度减小的横截面，而不是圆柱形轮廓。
[0136]
图19是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，空腔具有不对称的凹形轮廓。
[0137]
图20是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，空腔具有可变的深度。
[0138]
图21是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，空腔具有可变的直径。
[0139]
图22是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备包括交替的两个衬底和两个涂层的叠层，空腔仅形成在第一涂层和第一衬底中。
[0140]
图23是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备包括交替的两个衬底和两个涂层的叠层，除了空腔部分沉入的最后一个衬底之外，空腔完全延伸穿过叠层。
[0141]
图24是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备包括由不同于衬底和涂层的材料制成的背面层。
[0142]
图25是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备具有两个面，每个面包括衬底、涂层和表面纹理化，该表面纹理化形成延伸穿过涂层并部分地穿透衬底的空腔。
[0143]
图26是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备具有：第一面，其包括涂层和表面纹理化，该表面纹理化形成延伸穿过涂层并部分地穿透衬底的空腔；和第二面，其包括没有纹理化或者接受与第一面的纹理化不同的处理的涂层。
[0144]
图27是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备具有两个面，每个面包括衬底、涂层和纹理化，并且在两个衬底之间形成中间层。
[0145]
图28是例示了设备的可逆性的方案。
[0146]
图29是例示了复杂设备和两个简单设备的光学等效性的方案。
[0147]
图30是类似于图2的横截面，示出了根据本发明的设备的变型，该设备包括交替的两个衬底和两个涂层的叠层以及背面层，空腔仅形成在第一涂层和第一衬底中。
[0148]
图31是类似于图7的曲线图，示出了三个不同设备的透射率(t)根据波长(wl为340至840nm)的演变，该三个设备中的两个设备具有两个hfo2衬底层、两个sio2涂层以及无定形碳背面层的叠层。
[0149]
图32是类似于图7的曲线图，示出了三个不同设备的透射率(t)根据波长(wl为1至2.4μm)的演变，该三个设备即为由一个单一无定形碳层构成的设备和具有两个si3n4衬底层、两个sio2涂层和znse背面层的叠层的两个设备(包括一个纹理化设备和一个未纹理化
设备)。
[0150]
图33是透射率在图32中展示的多层设备的类似于图9的曲线图。
[0151]
图34是类似于图7的曲线图，示出了三个不同设备的透射率(t)根据波长(wl为7至15μm)的演变，该三个设备即为由一个单一无定形碳层构成的设备和具有两个tio2衬底层、两个dlc涂层和一个si背面层的叠层的两个设备(包括一个纹理化设备和一个未纹理化设备)。
[0152]
图35是透射率在图34中展示的两个多层设备的类似于图9的曲线图。
[0153]
图36是类似于图7的曲线图，示出了三个不同设备的透射率(t)根据波长(wl为7至15μm)的演变，该三个设备即为由一个单一无定形碳层构成的设备和具有两个tio2衬底层、两个dlc涂层和一个si背面层的叠层的两个设备(包括一个纹理化设备和一个未纹理化设备)。
[0154]
图37是透射率在图36中展示的两个多层设备的类似于图9的曲线图。
具体实施方式
[0155]
在图1和图6中，展示了根据本发明的减反射光学设备(1)。
[0156]
该设备(1)非常适于发射7至15μm的远ir波长范围(lwir)内的电磁辐射。
[0157]
设备(1)包括硅si衬底(10)，其具有例如1或2mm的厚度(e10)。衬底(10)具有折射率n＝3.43并且在上述波长范围内是可穿透的。
[0158]
该设备(1)包括厚度(e20)为1425nm的无定形碳涂层(20)，也称为dlc。dlc具有折射率n＝1.8并且在上述波长范围内是可穿透的。
[0159]
设备(1)包括形成分开的空腔(31)的表面纹理化(30)，空腔延伸穿过涂层(20)并且部分地沉入到衬底(10)中。空腔(31)在设备(1)的表面上沿着规则阵列分布。空腔(31)具有2μm的周期性(l31)、1.6μm的直径(d31)以及大约2.34μm的深度(p31)。空腔(31)在具有915nm的深度(p11)的纹理化层(11)中穿透至衬底(10)中，该深度远小于衬底(10)的厚度(e10)。纹理化(30)使得可以以受控的方式降低衬底(10)的纹理化层(11)中的有效折射率。
[0160]
纹理化(30)可以通过任何类型的适于延伸穿过涂层(20)并部分地沉入到衬底(10)中的技术来完成，例如激光烧蚀、光刻、纳米印刷等。激光纹理化相对便宜且控制良好。特别地，纹理化(30)可以通过超短激光来完成，其脉冲持续时间在飞秒或皮秒范围内。通常在200至16000nm之间变化的激光波长根据期望的纹理化(30)的特性(例如空腔(31)的形状和尺寸、图案、周期性等)来选择。
[0161]
可以参考以下参考文献来配置激光系统：
[0162]-yu(2013年)，“femtosecond laser nanomachining initiated by ultraviolet multiphoton ionization”,optics express。
[0163]-sedao(2012年)，“large area laser surface micro/nanopatterning by contact microsphere lens arrays”,applied physics a。
[0164]
在图2至图5中，展示了不根据本发明的不同设备(2、3、4、5)。除了下面详细描述的差异之外，衬底(10)、涂层(20)和纹理化(30)具有与上述设备(1)相同的特性。
[0165]
在图2中，设备(2)由硅si衬底(10)和dlc涂层(20)构成，二者都未纹理化。
[0166]
在图3中，设备(3)由纹理化但未涂布的硅si衬底(10)构成。设备(3)的衬底(10)具
有与设备(1)相同的厚度。空腔(31)对于两个设备(1、3)具有相同的深度(p31)。
[0167]
在图4中，设备(4)由未纹理化的硅si衬底(10)和纹理化的dlc涂层(20)构成。空腔(31)延伸穿过涂层(20)，但不穿透到衬底(10)中。
[0168]
在图5中，设备(5)由未纹理化且未涂布的si衬底(10)构成。设备(3)的衬底(10)具有与设备(1)的衬底(10)相同的厚度。
[0169]
在图7中，该曲线图包括五条曲线，其示出了设备(1、2、3、4、5)的透射率(t1、t2、t3、t4、t5)根据波长(wl)的演变。在x轴上，波长(wl)从3至15μm变化。在y轴上，透射率(t)从0到1变化。
[0170]-透射率曲线(t1)对应于图1和图6所示的根据本发明的设备(1)。
[0171]-透射率曲线(t2)对应于图2所示的设备(2)。
[0172]-透射率曲线(t3)对应于图3所示的设备(3)。
[0173]-透射率曲线(t4)对应于图4所示的设备(4)。
[0174]-透射率曲线(t5)对应于图5所示的设备(5)。
[0175]
如图7中的曲线图所示，在谱宽和最大透射率(因此最小吸收率)处，设备(1)的透射率(t1)相对于设备(2、3、4、5)中的每一者都得到了改善。
[0176]
透射率(t1、t3)具有大约3至5μm的中断，该中断可能与穿透到衬底(10)中的空腔(31)的深度有关。
[0177]
在图8和图9中，曲线图包括两条曲线，其示出了设备(1、2)的透射率(t1、t2)根据入射角(angle)的演变。注意，设备(1)的角透射宽度大于设备(2)的角透射宽度。
[0178]
在图10和图11中，这些图示出了透射率(t1、t2)根据波长(wl)和入射角(angle)的演变。透射率(t1、t2)的演变由色度展示为2d。注意，除了大约3至5μm的波长(wl)之外，设备(1)的透射范围大于设备(2)的透射范围。
[0179]
设备(1)的结构形成两层系统，该两层系统包括纹理化涂层(20)和衬底(10)的纹理化层(11)，其覆盖衬底(10)的未纹理化部分。
[0180]
由于纹理化(30)，设备(1)的结构使得可以获得相对于设备(2、3、4、5)提高的减反射性能。
[0181]
设备(1)的减反射性能与包括若干叠置涂层(20)的多层系统的减反射性能相当。当施加多层涂层不可能、不实际或不期望时，执行纹理化(30)是特别有利的。
[0182]
在图12中，展示了类似于图7的曲线图，其示出了五个设备(1、2、3、4、5)的透射率(t1、t2、t3、t4、t5)的演变，该五个设备如图1至图5中构造，在硒化锌znse衬底(10)上沉积有二氧化硅sio2涂层(20)。在x轴上，在近ir和中ir范围内波长(wl)从0.8至3μm变化。在y轴上，透射率(t)从0.7到1变化。
[0183]
对于设备(1、2、3、4、5)，硒化锌znse衬底(10)具有折射率n＝2.46。
[0184]
对于设备(1、2、4)，二氧化硅sio2涂层(20)具有230nm的厚度(e20)和折射率n＝1.44。
[0185]
对于设备(1、3、4)，空腔(31)具有320nm的周期性(l31)和265nm的直径(d31)。
[0186]
对于设备(1、4)，空腔(31)具有大约400nm的深度(p31)。
[0187]
设备(1)非常适合于透射在0.8至3μm之间的近和中ir波长范围内的电磁辐射。
[0188]
如图12中的曲线图所示，在谱宽和最大透射率(因此最小吸收率)处，设备(1)的透
射率(t1)相对于设备(2、3、4、5)中的每一者都得到了改善。
[0189]
在图13中，该曲线图包括两条曲线，其示出了上面根据图12描述的设备(1、2)的透射率(t1、t2)根据入射角(angle)的演变。注意，设备(1)的角透射宽度大于设备(2)的角透射宽度。
[0190]
在图14中，展示了类似于图7的曲线图，其示出了五个设备(1、2、3、4、5)的透射率(t1、t2、t3、t4、t5)的演变，该五个设备如图1至图5中构造，在二氧化硅sio2衬底(10)上沉积有氟化镁mgf2涂层(20)。在x轴上，在可见光、近ir和中ir范围内波长(wl)从0.3至1μm变化。在y轴上，透射率(t)从0.96到1变化。
[0191]
对于设备(1、2、3、4、5)，二氧化硅sio2衬底(10)具有折射率n＝1.44。
[0192]
对于设备(1、2、4)，氟化镁mgf2涂层(20)具有57nm的厚度(e20)和折射率n＝1.38。
[0193]
对于设备(1、3、4)，空腔(31)具有202nm的周期性(l31)和160nm的直径(d31)。
[0194]
对于设备(1、4)，空腔(31)具有大约94nm的深度(p31)。
[0195]
设备(1)非常适合于透射在0.38至0.78μm之间的可见光波长范围内的电磁辐射。
[0196]
如图14中的曲线图所示，在谱宽和最大透射率(因此最小吸收率)处，设备(1)的透射率(t1)相对于设备(2、5)的透射率(t2、t5)得到了改善。然而，设备(1)的透射率(t1)相对接近于设备(3、4)的透射率(t3、t4)。
[0197]
在图15中，该曲线图包括两条曲线，其示出了上面根据图14描述的设备(1、2)的透射率(t1、t2)根据入射角(angle)的演变。注意，设备(1)的角透射宽度大于设备(2)的角透射宽度。
[0198]
在图16中，展示了类似于图7的曲线图，其示出了五个设备(1、2、3、4、5)的透射率(t1、t2、t3、t4、t5)的演变，该五个设备如图1至图5中构造，在氧化铝al2o3衬底(10)上沉积有二氧化硅sio2涂层(20)。在x轴上，在可见光、近ir和中ir范围内波长(wl)从0.3至1μm变化。在y轴上，透射率(t)从0.96到1变化。
[0199]
对于设备(1、2、3、4、5)，氧化铝al2o3衬底(10)具有折射率n＝1.69。
[0200]
对于设备(1、2、4)，二氧化硅sio2涂层(20)具有83nm的厚度(e20)和折射率n＝1.44。
[0201]
对于设备(1、3、4)，空腔(31)具有176nm的周期性(l31)和159nm的直径(d31)。
[0202]
对于设备(1、4)，空腔(31)具有大约156nm的深度(p31)。
[0203]
设备(1)非常适合于透射在0.3至1μm之间的可见光、近和中ir波长范围内的电磁辐射。
[0204]
如图16中的曲线图所示，在谱宽和最大透射率(因此最小吸收率)处，特别是对于近和中ir波长范围，设备(1)的透射率(t1)相对于设备(2、3、4、5)中的每一者都得到了改善。
[0205]
图17至图37中示出了根据本发明的设备(1)的其它变型。简单地，与上述第一实施例的构成元件相当的构成元件具有相同的附图标记。
[0206]
在图17中，空腔(31)以可变的周期性分布在设备(1)的表面上。该可变的周期性根据定义的规则而不是随机地演变。空腔(31)是分开的并且彼此不连通。变化是受控的，它们不是由于设备(1)的不规则表面状态和/或纹理化方法的不精确。周期性在设备(1)的中心与边缘之间是不同的。空腔(31)在中心处比在边缘处更密集。
[0207]
在图18中，空腔(31)在轴向平面中具有对称的凹形轮廓，该轮廓具有随深度(p31)减小的直径(d31)和面积横截面。
[0208]
在图19中，空腔(31)在轴向平面中具有不对称的凹形轮廓，该轮廓具有随深度(p31)减小的更大尺寸(d31)和面积横截面。如果横截面是圆形的，则最大尺寸(d31)是直径，否则对于非圆形横截面，最大尺寸(d31)是长度。实际上，纹理化(30)根据入射辐射的取向产生不同的光学效果。这种现象通过空腔(31)的不对称性得到加强。
[0209]
在图20中，空腔(31)具有不同的深度(p31a、p31b)。
[0210]
在图21中，空腔(31)具有不同的直径(d31a、d31b)。
[0211]
在图22中，设备(1)包括交替的两个衬底(10)和两个涂层(20)的叠层。空腔(31)仅形成在接收入射辐射的、定向在上侧的衬底(10)和涂层(20)的第一组合(10 20)中。在多层减反射宽带设备(1)的情况下，与未纹理化的多层设备相比，该解决方案使得可以改善波前的校正。而且，该解决方案相对于多层设备表现出时间节省，如下所述，多层设备的所有层(20、30)都被空腔(31)延伸穿过。
[0212]
在图23中，设备(1)还包括交替的两个衬底(10)和两个涂层(20)的叠层。除了空腔(31)部分沉入其中的最后一个衬底(10)之外，空腔(31)完全延伸穿过叠层。
[0213]
在图24中，设备(1)包括由不同于衬底(10)和涂层(20)的材料制成的背面层(40)。涂层(20)形成在衬底(10)的第一侧上，而背面层(40)形成在衬底(10)的与第一侧相对的第二侧上。背面层(40)具有与涂层(20)不同的功能。例如，在减反射设备(1)的情况下，该背面层(40)可确保背面上的减反射和机械功能，而涂层(20)具有宽带减反射功能。根据另一示例，在反射镜设备(1)的情况下，该背面层(40)可以被设计为反射一些辐射。
[0214]
在图25中，设备(1)包括根据本发明构造的两个面，其具有中央衬底(10)。各个面包括涂层(20)和纹理化(30)，该纹理化(30)形成延伸穿过涂层(20)并部分地穿透衬底(10)的空腔(31)。两个涂层(20)可以相同或不同(材料、厚度等)。
[0215]
如图28例示的，在没有衍射级的情况下，设备(1)的表面行为不依赖于光路的方向。即，光从空气到设备(1)或从设备(1)到空气的通过方向不改变设备(1)的反射和透射率。图28示意性地示出了，因此在这些条件下，无论设备(1)的方向如何，对于入射光辐射(i)，反射光辐射(r)和透射光辐射(t)是相同的。
[0216]
另外，如图29例示的，如果光的相干长度不超过设备(1)的厚度，则图25所例示的设备(1)可被认为是两个独立的简单设备(1a、1b)的组件，该两个设备(1a、1b)将被并置。因此，所例示的设备(1)的透射率是这两个独立的简单设备的透射率的乘积。
[0217]
由于光学系统因此配备有双波前校正设备，所以这种配置使得可以提高设备(1)的性能。该解决方案有利于改进波前的校正，因为该解决方案使得可以使用同一设备(1)的两个面来两次正确地校正波前，而不是增加除了第一设备之外的第二设备。总体积保持适中。
[0218]
在图26中，设备(1)包括：根据本发明构造的第一面，其具有涂层(20)和部分地穿透到衬底(10)中的纹理化(30)；以及具有涂层(20)的第二面，其不具有纹理化，或者不具有处理，或者接受与第一面的纹理化不同的处理。根据上面给出的说明，参考图25、图28和图29，这种构造使得可以具有两个额外设备(1)的等同物。由于第二面在处理或纹理化方面是合适的，因此该解决方案使得可以选择对于一个或多个波长范围寻求具有的一个或多个效
果。在第一示例中，可以在同一波长范围内应用不同的处理，例如v形减反射处理和宽带减反射处理。根据第二示例，可以在不同的波长范围内应用不同的处理。根据第三示例，可以在两个分开的、并置的或重叠的波长范围内应用同一处理。如果由各个面处理的两个波长范围是并置的或重叠的，则设备(1)可以用于处理比单面设备更宽的范围。替代性地，如果由各个面处理的两个波长范围是分开的，则设备(1)可以确保滤波器的作用。根据特定应用，可以具有与第一检测器相关联的第一波长范围的第一波前校正处理和与第二检测器相关联的第二波长范围的第二波前校正处理。
[0219]
在图27中，设备(1)包括根据本发明构造的两个面，其具有中央衬底(20/40)。各个面包括涂层(20)和纹理化(30)，该纹理化(30)形成延伸穿过涂层(20)并部分地穿透衬底(10)的空腔(31)。两个面的衬底(10)和涂层(20)可以相同或不同(材料、厚度等)。
[0220]
在图30中，设备(1)包括衬底(10)和涂层(20)的两个叠层以及背面层(40)。空腔(31)仅形成在接收入射辐射的、定向在上侧的衬底(10)和涂层(20)的第一组合(10 20)中。从这种构造，已经进行了若干测试。
[0221]
第一测试涉及350nm至750nm之间的可见场的波长。设备(1)构造如下：
[0222]-衬底(10)由hfo2制成，涂层(20)由sio2制成，并且背面层(40)由无定形碳制成；
[0223]-第一涂层厚度(e201)为98nm；
[0224]-第一衬底厚度(e101)为409nm；
[0225]-第二涂层厚度(e202)为174nm；
[0226]-第二衬底厚度(e102)为73nm；
[0227]-不强加背面层(40)的厚度；
[0228]-纹理化(30)的空腔(31)具有377nm的深度，因此延伸穿过第一涂层(20)并且部分地沉入第一衬底层(10)中。空腔是直径为138nm的圆形，并且沿着阶梯为174nm的正方形矩阵规则地分布。
[0229]
图31示出了该设备(1)的透射率曲线(t3)，比较：
[0230]-包括衬底(10)和涂层(20)的相同叠层以及背面层(40)但没有纹理化(30)的设备的透射率曲线(t2)；
[0231]-仅包括无定形碳层的设备的透射率曲线(t1)。
[0232]
可以清楚地看出，根据上述构造的设备(1)使得可以获得相对于其他两种构造并且在大得多的波长范围内改进的透射率。
[0233]
第二测试涉及1至2μm之间的近红外场的波长。设备(1)构造如下：
[0234]-衬底(10)由si3n4制成，涂层(20)由sio2制成，并且背面层(40)由znse制成；
[0235]-第一涂层厚度(e201)为228nm；
[0236]-第一衬底厚度(e101)为452nm；
[0237]-第二涂层厚度(e202)为461nm；
[0238]-第二衬底厚度(e102)为166nm；
[0239]-不强加背面层(40)的厚度；
[0240]-纹理化(30)的空腔(31)具有351nm的深度，因此延伸穿过第一涂层(20)并且部分地沉入第一衬底层(10)中。空腔(31)是直径为255nm的圆形，并且沿着阶梯为320nm的正方形矩阵规则地分布。
[0241]
图32和图33示出了该设备(1)的透射率曲线(t3)，比较：
[0242]-包括衬底(10)和涂层(20)的相同叠层以及背面层(40)但没有纹理化(30)的设备的透射率曲线(t2)；
[0243]-仅包括无定形碳层的设备的透射率曲线(t1)(仅在图32中)。
[0244]
在图32中可以清楚地看出，根据上述构造的设备(1)使得可以获得相对于其他两种构造并且在大得多的波长范围内改进的透射率。
[0245]
在图33中看出，根据光辐射在设备(1)上的入射角，设备(1)的透射率(t3)相对于透射率(t2)得到了改善。
[0246]
第三测试涉及7至15μm之间的中红外场的波长。设备(1)构造如下：
[0247]-衬底(10)由tio2制成，涂层(20)由dlc制成，并且背面层(40)由si制成；
[0248]-第一涂层厚度(e201)为1393nm；
[0249]-第一衬底厚度(e101)为541nm；
[0250]-第二涂层厚度(e202)为2843nm；
[0251]-第二衬底厚度(e102)为838nm；
[0252]-不强加背面层(40)的厚度；
[0253]-纹理化(30)的空腔(31)具有1934nm的深度，因此延伸穿过第一涂层(20)并且部分地沉入第一衬底层(10)中。空腔(31)是直径为1600nm的圆形，并且沿着阶梯为2000nm的正方形矩阵规则地分布。
[0254]
图34和图35示出了该设备(1)的透射率曲线(t3)，比较：
[0255]-包括衬底(10)和涂层(20)的相同叠层以及背面层(40)但没有纹理化(30)的设备的透射率曲线(t2)；
[0256]-仅包括无定形碳层的设备的透射率曲线(t1)(仅在图34中)。
[0257]
在图34中可以清楚地看出，根据上述构造的设备(1)使得可以获得相对于其他两种构造并且在大得多的波长范围内改进的透射率。
[0258]
在图35中看出，根据光辐射在设备(1)上的入射角，设备(1)的透射率(t3)相对于透射率(t2)得到了改善。
[0259]
第四测试也涉及7至15μm之间的中红外场的波长。设备(1)构造如下：
[0260]-衬底(10)由tio2制成，涂层(20)由dlc制成，并且背面层(40)由si制成；
[0261]-第一涂层厚度(e201)为1054nm；
[0262]-第一衬底厚度(e101)为2160nm；
[0263]-第二涂层厚度(e202)为142nm；
[0264]-第二衬底厚度(e102)为1293nm；
[0265]-不强加背面层(40)的厚度；
[0266]-纹理化(30)的空腔(31)具有1968nm的深度，因此延伸穿过第一涂层(20)并且部分地沉入第一衬底层(10)中。空腔(31)是直径为1600nm的圆形，并且沿着阶梯为2000nm的正方形矩阵规则地分布。
[0267]
图36和图37示出了该设备(1)的透射率曲线(t3)，比较：
[0268]-包括衬底(10)和涂层(20)的相同叠层以及背面层(40)但没有纹理化(30)的设备的透射率曲线(t2)；
[0269]-仅包括无定形碳层的设备的透射率曲线(t1)(仅在图36中)。
[0270]
在图36中可以清楚地看出，根据上述构造的设备(1)使得可以获得相对于其他两种构造并且在大得多的波长范围内改进的透射率。
[0271]
在图37中看出，根据光辐射在设备(1)上的入射角，设备(1)的透射率(t3)相对于透射率(t2)得到了改善。
[0272]
而且，在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以与图1至图37不同地成形设备(1)。此外，上述不同实施例和变型的技术特征可以全部或对于其中一些组合在一起。因此，设备(1)可以在成本、功能和性能方面是合适的。