CN110296663A - 一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，用于计算物质表面超低反射膜层的最佳厚度。本发明得到最佳超低反射表面膜层厚度dmin，相邻物质折射率n1、n2以及入射光实现超低反射的最大波长λmax的对应关系，即该超低反射膜层厚度理论计算方法适用于气‑固、液‑固、固‑固等界面全波段超低反射膜层厚度的计算，可以与实验结果完美对应，对于确定物质表面超低反射膜层厚度具有重要指导意义。

Description

一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法
技术领域
本发明涉及一种物质表面超低反射薄膜厚度的理论值确定方法，属于清洁能源材料和光学材料制备技术及应用领域。
背景技术
随着社会和经济的发展，太阳能的高效利用，降低金属、玻璃和陶瓷等表面的光污染，减少屏幕的光反射等问题成为全世界的重要研究课题。反光物质表面可以通过制备超低反射膜来降低光的反射，增加光的透过率。目前，超低反射膜的制备方法有很多，主要有磁控溅射法、溶胶-凝胶浸涂法、真空蒸镀法和腐蚀法等。在现有的制备方法中由于腐蚀法具有反应条件可控，设备要求简单，易于实现批量生产，有利于环境保护等优点，现在越来越受到人们的关注(Liqiang Liu,Broad band and Omnidirectional,Nearly zeroreflective Photovoltaic Glass，Adv.Mater.2012,24,6318–6322.)。
众所周知，当超低反射膜层达到或者超过一定厚度的时候均能够起到良好的超低反射效果。对于超低反射膜层来讲，厚度较薄的膜的减反射效果不理想，厚度较厚的膜其制作成本会增加。因此确定最佳减反射膜层的厚度具有重要研究意义和实用价值。但是，现在尚未有不同界面间超低反射膜层厚度的理论确定方法。要得到最佳的反射膜层厚度，仍需要在实验室逐步增加超低反射膜层厚度，通过实际测试确定最佳的反射膜层厚度。因此，开发一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法具有重要意义。
发明内容
针对现有界面梯度折射率超低反射膜层厚度计算方法方面存在理论缺失的情况，本发明提供了一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，用于计算物质表面超低反射膜层的最佳厚度。本发明得到最佳超低反射膜层厚度dmin，相邻物质折射率n1、n2以及入射光最大波长λmax的对应关系。该超低反射表面膜层厚度理论计算方法可以与实验测试完美对应，对于确定物质表面超低反射膜层厚度具有重要指导意义。
本发明的一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，
当物质表面超低反射膜的折射率在介质1和介质2之间连续变化时，介质1和介质2之间实现太阳光超低反射的最佳超低反射表面膜层厚度dmin为：
其中，λmax为入射光实现超低反射的最大波长，n1和n2分别是入射光穿过相邻物质介质1和介质2的折射率。
上述的介质1可以是气体、液体或者非金属固体，介质2可以是气体、液体或者非金属固体。
上述的最佳超低反射膜层厚度表达式除相等关系“＝”外，还包含：公式的其他表达式或大于等于号“≥”等其它形式：
上述n1对应介质1的折射率，n2对应介质2的折射率，当介质改变时，n1与n2取值不同。
上述λmax为入射光实现超低反射的最大波长，可以任意取值。
上述物质表面超低反射膜层厚度计算方法适用于气-固、液-固、固-固等界面减反射膜层厚度的计算，尤其适用于超低反射玻璃的表面膜层厚度计算。本发明的计算公式与表面膜层的制备方法(如酸碱腐蚀、真空蒸镀法等)没有相关性，只要是折射率在介质1和介质2之间连续变化的表面膜都可以使用。计算模拟结果与实验匹配分析如图1-2所示。本发明通过理论计算，最终得到物质表面超低反射膜层厚度dmin，相邻物质折射率n1、n2的对应关系。该计算公式简单实用，可以为实际超低反射膜生产提供理论指导。
附图说明
图1是本发明全波段超低反射表面膜层厚度计算公式得到的减反射膜层结构示意图；
图2是本发明理论计算得到的超低反射膜层厚度与实际超低反射膜层厚度对反射率影响的结果对比。
具体实施方式
实施例1：
本发明通过不同界面之间的减反射膜层对应的麦克斯韦方程，将光的反射系数计算公式与不同物质的介电常数ε、磁导率μ等常数联系在一起，并将光从介质1进入介质2的阻抗Z(x)公式应用到界面减反射膜层，最终得到最佳超低反射表面膜层厚度dmin与相邻物质折射率n1、n2的对应关系。
其中，λmax为入射光实现超低反射的最大波长，n1和n2分别是入射光穿过相邻物质介质1和介质2的折射率。
以空气与Na2O-CaO-SiO2体系超白玻璃为界面模型进行计算如下：
(1)以空气与Na2O-CaO-SiO2体系超白玻璃为界面模型，n1＝1，n2＝1.525，套入超低反射膜层计算公式，得到超白玻璃表面超低反射膜层厚度与入射光实现超低反射的最大波长λmax对应关系：
(2)当入射光实现超低反射的最大波长的最大波长λmax为600nm时，超低反射膜层厚度为：
本实施例超白玻璃表面超低反射膜层结构示意图如图1所示。从图中可以看出超低反射膜层位于两种物质的交界处，可以通过超低反射膜层厚度计算公式将其厚度与两种物质的折射率、入射光波长等性质联系在一起。
采用上述全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，得到的超低反射膜层厚度(分别为0nm、360nm、800nm)与超白玻璃实际超低反射膜层厚度(分别为0nm、360nm、800nm)的反射率对应关系如图2所示。从图中可以看到，本实施例提出的计算方法与实际情况能够吻合一致。
本发明提供的全波段超低反射表面膜层厚度计算方法可以为超低反射膜层的研究和制备提供理论指导。
实施例2
(1)以空气-Ge20Sb12Se68体系硫系玻璃为界面模型，此玻璃的折射率为n＝2.588。则得到硫系玻璃表面超低反射膜层厚度与入射光实现超低反射的最大波长对应关系：
(2)当入射光实现超低反射的最大波长λmax为5000nm时，超低反射膜层厚度为：
实施例3
(1)以空气-Si为界面模型，Si的折射率为n＝4。则得到Si表面超低反射膜层厚度与入射光实现超低反射的最大波长对应关系：
(2)当入射光实现超低反射的最大波长λmax为1200nm时，超低反射膜层厚度为：
实施例4
(1)以空气-石英玻璃为界面模型，石英玻璃的折射率为n＝1.2。则得到石英玻璃表面超低反射膜层厚度与入射光实现超低反射的最大波长对应关系：
(2)当入射光实现超低反射的最大波长λmax为300nm时，超低反射膜层厚度为：
实施例5
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中的界面模型为水-玻璃界面。
实施例6
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中的界面模型为苯-玻璃界面。
实施例7
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中的界面模型为甘油-玻璃界面。
实施例8
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中的界面模型为乙醇-玻璃界面。
实施例9
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中的界面模型为玻璃-玻璃界面。
实施例10
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中的界面模型为玻璃-陶瓷界面。
实施例11
如实施例1所述，不同之处在于：步骤(1)中减反射膜层厚度表达式为：
即
d≥202.4nm。

Claims (6)

1.一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，当物质表面超低反射膜的折射率在介质1和介质2之间连续变化时，介质1和介质2之间实现太阳光超低反射的最佳超低反射表面膜层厚度dmin为：
其中，λmax为入射光实现超低反射的最大波长，n1和n2分别是入射光穿过相邻物质介质1和介质2的折射率。
2.如权利要求1所述的一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，所述介质1是气体、液体或者非金属固体，介质2是气体、液体或者非金属固体。
3.如权利要求1或2所述的一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，当介质改变时，n1与n2取值不同。
4.一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，当物质表面超低反射膜的折射率在介质1和介质2之间连续变化时，介质1和介质2之间实现太阳光超低反射的超低反射表面膜层厚度d为：
其中，λmax为入射光实现超低反射的最大波长，n1和n2分别是入射光穿过相邻物质介质1和介质2的折射率。
5.如权利要求4所述的一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，所述介质1是气体、液体或者非金属固体，介质2是气体、液体或者非金属固体。
6.如权利要求4或5所述的一种全波段超低反射表面膜层厚度计算方法，其特征是，当介质改变时，n1与n2取值不同。
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