一种抗激光损伤的蓝光反射镜及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种抗激光损伤的蓝光反射镜及设计方法，主要从优化膜层内部电场分布出发，选择四种不同折射率的材料，利用其中一种或两种材料的导热性交替形成内部膜层用来导热降低薄膜的温度，利用另外两种材料的抗激光损伤性能交替形成外部膜层。通过约束外部膜层中低折射率膜层的物理厚度，来约束薄膜内部电场，使空气与薄膜交界处电场为0，峰值电场在膜层内部薄膜内部而不在膜层交界处，电场基本分布外部膜层中，内部膜层中电场基本为0。本发明专利技术的蓝光反射镜对激光损伤有较高的容忍度，在激光投影显示系统中具有重要的应用价值。光投影显示系统中具有重要的应用价值。光投影显示系统中具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种抗激光损伤的蓝光反射镜及设计方法


[0001]本专利技术涉及激光投影显示领域，具体涉及一种抗激光损伤的蓝光反射镜及设计方法。

技术介绍

[0002]近些年激光光源的出现很好的解决了传统高压汞灯体积大、重量大、易爆炸、灯泡使用寿命短、亮度低、能耗大、色彩差，而且使用非环保的汞材料的问题，也使激光投影机成为这些年的研究热点。但正是由于激光投影机的照明光源为激光光源，且要实现上万流明的高亮度，可想而知其激光输出功率是非常高的，所以对于其中的光学元件要有很高的抗激光要求。而在激光投影系统中，光学薄膜又是几乎所有光学元件中必不可少的基本元件，是激光系统中非常重要又最容易损伤的薄弱环节，光学薄膜的抗激光损伤能力决定了激光投影显示系统的使用寿命。所以针对激光投影系统，研究高损伤阈值的激光薄膜元件是必不可少且有意义，现有技术对其他高能激光波长的损伤研究已经取得一定的进展，同时也制备出相应波长的抗激光损伤薄膜，而对于半导体蓝激光的损伤研究却很少，所以制备高损伤阈值的蓝激光薄膜元件对于激光投影系统来说是急需解决的一个问题。
[0003]申请公布号为CN111007690A(申请号为CN201911299897.1)的中国专利技术专利公开了一种3LCD投影机激光照明系统以及3LCD投影机。一种3LCD投影机激光照明系统包括蓝光激光光源，偏振分色组件、蓝光传导光路、黄光激发传导光路、分色组件、绿光传导光路、红光传导光路、蓝光LCD、绿光LCD、红光LCD以及分光棱镜组件。混合蓝光通过偏振分色组建分光成在不同方向上传导的P偏振蓝光和S偏振蓝光，其中P偏振蓝光经蓝光反射镜传导到蓝光LCD，S偏振蓝光激发黄光并将所述激发黄光传导到分色组件，分色组件将激发的黄光分色成沿不同方向传导的绿光和红光，分别传导至红光LCD和绿光LCD，经所述蓝光LCD、绿光LCD和红光LCD作用后的蓝光、绿光和红光均进入分光棱镜组件以进行合光从而生成成像光束。上述技术方案能够提供线偏振光满足LCD的工作环境，并且亮度更高、色域更宽、寿命更长。但是仍未认识到提高系统中光学薄膜元件抗激光损伤阈值的重要性，未对系统中蓝激光反射元件的抗激光损伤能力作出改善，光学薄膜元件的抗激光损伤能力仍然制约着激光投影系统的使用寿命。

技术实现思路

[0004]为了提高激光投影系统中光学薄膜元件的抗激光损伤能力，本专利技术提供了一种45度入射的抗激光损伤的蓝光反射镜，用于激光液晶投影系统的蓝激光传导光路中。本专利技术主要从优化膜层内部电场分布出发，选择四种不同折射率的材料，利用材料的导热性及抗激光损伤性能，形成内部导热降温外部抗激光损伤的膜层结构。同时通过约束膜层厚度，优化膜层内部电场分布，从而使所设计的膜系有较高的抗激光损伤能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]一种抗激光损伤的蓝光反射镜的设计方法，包括以下步骤：
[0007]1)选择导热系数大的第一高折射率材料H1和第一低折射率材料L1以及抗激光损伤性能好的第二高折射率材料H2和第二低折射率材料L2；
[0008]所述导热系数的大小表明材料导热能力的大小，导热系数越大，导热能力越强。所述导热系数大的材料为导热系数大于10W/(m*K)的材料，有着较强的导热能力，可以降低薄膜的温度。
[0009]所述抗激光损伤性能好的材料为带隙Eg>4eV的材料，材料的激光损伤阈值场强与材料带隙的平方根成正比，激光损伤阈值场强是表征材料抗激光损伤能力的参量，材料所述具有较大带隙的介质材料，其抗激光损伤的能力也较大。
[0010]所述第一高、低折射率材料可以两种均为导热系数大的材料，也可以其中一种为导热系数大的材料。所述第一高、低折射率材料和第二高、低折射率材料均为氧化物材料。
[0011]进一步，所述第一高折射率材料H1为TiO2，所述第一低折射率材料L1为Al2O3，所述第二高折射率材料H2为HfO2或者Ta2O5，更进一步为Ta2O5，所述第二低折射率材料L2为SiO2。
[0012]2)由步骤1)所选材料设定初始膜系结构Sub|(H1L1)^
m
(H2L2)^
n
H2|Air；
[0013]所述初始膜系结构中的m为导热系数大的第一高、低折射率材料的循环次数，n为抗激光损伤性能好的第二高、低折射率材料的循环次数。其中所述m的值为7～15，所述n的值为6～9，进一步m＝9，n＝6。
[0014]3)在膜系设计软件中输入设定参数：入射角度，参考波长及步骤2)中的初始膜系结构；
[0015]4)设定连续性优化目标，对膜系进行优化设计后，得到反射率满足要求的的优化膜系结构；
[0016]所述连续性优化目标的起始波段为420～500nm，角度为45
°
，反射率目标值为100。
[0017]5)通过约束步骤4)中所得优化膜系结构中第二低折射率膜层的物理厚度在一定范围内，来约束膜层内部电场分布，使膜层内部电场对激光有较高的容忍度。
[0018]所述第二低折射率膜层的物理厚度的范围为100nm～140nm，进一步为最外面2～3层第二低折射率膜层的厚度为140nm，其余的第二低折射率膜层的厚度为100nm。
[0019]所述对激光有较高容忍度的内部电场分布为空气与薄膜界面电场接近为0，峰值电场分布在低折射率膜层内部而不在膜层交界处，电场主要分布在由抗激光损伤性能高的材料构成的膜层中，由导热系数大的材料构成的膜层中电场基本为0。
[0020]一种抗激光损伤的蓝光反射镜，初始膜系结Sub|(H1L1)^
m
(H2L2)^
n
H2|Air，沿基底向空气方向依次包括交替m次的第一高折射率材料H1层和第一低折射率材料L1层，以及交替n次的第二高折射率材料H2层和第二低折射率材料L2层；
[0021]其中，m的值为7～15，所述n的值为6～9，进一步m＝9，n＝6。
[0022]本专利技术的抗激光损伤的蓝光反射镜，主要从优化膜层内部电场分布出发，选择四种不同折射率的材料，利用其中一种或两种材料的导热性交替形成内部膜层用来导热降低薄膜的温度，利用另外两种材料的抗激光损伤性能交替形成外部膜层。通过约束外部膜层中低折射率膜层的物理厚度，来约束薄膜内部电场，使空气与薄膜交界处电场为0，峰值电场在膜层内部薄膜内部而不在膜层交界处，电场基本分布外部膜层中，内部膜层中电场基本为0。本专利技术的蓝光反射镜对激光损伤有较高的容忍度，在激光投影显示系统中具有重要的应用价值。
[0023]优选地，经过步骤5)后，得到一种抗激光损伤的蓝光反射镜，沿基底向空气方向依次每一层的厚度为：48.03nm、79.11nm、47.93nm、79.48nm、47.79nm、79.63nm、47.73nm、79.71nm、47.69nm、79.75nm、47.68nm、79.78nm、47.66nm、79.79nm、47.66nm、79.81nm、47.66nm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗激光损伤的蓝光反射镜，其特征在于，初始膜系结构Sub|(H1L1)^
m
(H2L2)^
n
H2|Air，沿基底向空气方向依次包括交替m次的第一高折射率材料H1层和第一低折射率材料L1层，以及交替n次的第二高折射率材料H2层和第二低折射率材料L2层。2.根据权利要求1所述的抗激光损伤的蓝光反射镜，其特征在于，所述第一高、低折射率材料以及第二高、低折射率材料均为氧化物材料。3.根据权利要求1所述的抗激光损伤的蓝光反射镜，其特征在于，所述第一高折射率材料H1为TiO2，所述第一低折射率材料L1为Al2O3；所述第二高折射率材料H2为HfO2或者Ta2O5，所述第二低折射率材料L2为SiO2。4.根据权利要求1所述的抗激光损伤的蓝光反射镜，其特征在于，m的值为7～15，所述n的值为6～9。5.根据权利要求4所述的抗激光损伤的蓝光反射镜，其特征在于，m＝9，n＝6。6.根据权利要求1所述的抗激光损伤的蓝光反射镜，其特征在于，沿基底向空气方向依次每一层的厚度为：48.03nm、79.11nm、47.93nm、79.48nm、47.79nm、79.63nm、47.73nm、79.71nm、47.69nm、79.75nm、47.68nm、79.78nm、47.66nm、79.79nm、47.66nm、79.81nm、47.66nm、79.83nm、51.82nm、100nm、51.97nm、100nm、52.00nm、100nm、52.03nm、100nm、52.08nm、140nm、52.19nm、140nm、52.62nm。其中第1，3，5，7，9，11，13，15，17层为TiO2膜层，第2，4，6，8，10，12，14，16...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐，付亚娜，李旸晖，张宏，邾强强，翟玥，张鑫，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：