光学涂层方法防止起雾和不必要的反射

发布时间:2023-02-10 03:02:13.000Z

研究人员开发了一种结合防雾和抗反射特性的光学涂层系统。这项新技术可以帮助提高激光雷达系统的性能。资料来源:Anne Gärtner,弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所和弗里德里希-席勒大学耶拿分校

研究人员已经开发出一种结合了防雾和抗反射特性的光学涂层系统。这项新技术可以帮助提高激光雷达系统和摄像机的性能。

来自德国耶拿的弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所和耶拿弗里德里希-席勒大学的研究小组负责人Anne Gärtner说:"从寒冷的室外走进一个温暖的房间会导致眼镜起雾,使用户失明"。"同样的情况也会发生在传感器上,如自动驾驶汽车中使用的激光雷达系统。重要的是,即使发生雾化,表面也要保持高度透明,这样才能保持功能。"

在《应用光学》杂志上,Gärtner及其同事描述了他们如何将一种防止起雾的聚合物涂层与减少反射的多孔二氧化硅纳米结构相结合。尽管论文中描述的涂层是专门为激光雷达系统设计的,但该技术可以为许多不同的应用进行定制。

"Gärtner说:"在我们的涂层系统中,防雾和防反射性能被很好地结合起来,这在以前是不可行的。"用这种新的涂层技术制造的样品已经在全球各种气候条件下运行的几个机载激光雷达原型中成功使用了一年。"

视频参考链接:https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2023/optical-coating-approa.mp4

为了创造新的多功能涂层系统,研究人员使用了一种聚合物涂层,通过充当水库来防止起雾。他们将防雾膜与纳米结构结合起来,在透水的同时产生防反射效果。资料来源:Anne Gärtner,弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所和弗里德里希-席勒大学耶拿分校

看得清楚

论文中描述的涂层系统是根据瑞士Heerbrugg的Leica Geosystems确定的需求而开发的。徕卡地理系统公司开发了机载激光雷达测量系统,用于地形和城市测绘。

当环境和测量系统之间存在极端温差时,光学表面有时会出现雾化,影响功能。Gärtner的团队与Leica Geosystems合作,开发了一个解决方案,以管理雾化以及不良的光反射。

"我们使用了一种聚合物,通过充当水库来防止光学表面起雾,"Gärtner说。"然而,聚合物材料和周围空气的折射率的差异导致了不必要的反射和幽灵光。为了防止这些反射,我们将防雾膜与高达320纳米的非常小的结构结合起来,以创造出具有透水性的防反射效果。"

为了制造多功能涂层系统,研究人员应用了弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所开发的AR-plas2技术。它允许在彼此的顶部创建几个纳米结构。该过程包括将一个纳米结构蚀刻到防雾涂层中,然后在上面制造第二个纳米结构。

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为了制造这个多功能涂层系统,研究人员应用了一种技术,允许在彼此的顶部创建几个纳米结构。这个过程包括在防雾涂层中蚀刻一个纳米结构,然后在上面制造第二个纳米结构。资料来源:Anne Gärtner,弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所和弗里德里希-席勒大学耶拿分校

有了这项技术,就有可能调整纳米结构的折射率,以定制双纳米结构的设计,从而在广泛的光谱范围内实现非常低的反射。

研究人员使用分光光度计获得的反射率测量值和将光学元件的防反射/防雾面放在加热的水面上后获得的雾化测量值测试了他们的涂层系统的防反射和防雾效果。这些实验室测试表明,多层系统在很宽的光谱范围内表现出很低的反射率,这在单一的纳米结构中是不可能的。此外,纳米结构并没有影响涂层的防雾性能。

真实世界的应用

由于这些结构是在标准的等离子体离子辅助镀膜机中产生的,因此这种新方法可以很容易地被纳入商业制造工艺中。除了应用于几个激光雷达原型系统外,该涂层技术已经被用于尖端的智能手机摄像头。

研究人员现在正在探索如何将该涂层系统转移到其他领域,如汽车领域的自适应照明系统或量子计算机的开发。

"Gärtner说:"光学系统正变得越来越复杂,因此对图像质量的要求也在增加。"利用纳米结构,可以实现令人印象深刻的抗反射特性,而这往往是传统涂层所无法做到的。凭借我们在最近几年获得的基本理解,我们有信心将纳米结构涂层带入许多现实世界的应用中。"

更多信息。Anne Gärtner等人,LiDAR应用的组合防雾和抗反射双纳米结构涂层,应用光学(2022)。doi: 10.1364/ao.476974

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