一種光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及制作方法屬于光學(xué)窗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)窗在遙測遙感、醫(yī)療診斷、保密通訊、航空航天裝備等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的光學(xué)窗為單純的電磁波透過窗口。然而，用電設(shè)備的不斷增長，不僅會使電磁波的強(qiáng)度大幅增加，而且會使電磁波的波段不斷拓寬，造成空間電磁環(huán)境日趨惡化，由于傳統(tǒng)光學(xué)窗對電磁波具有通透性，因此電磁環(huán)境的惡化會對電磁敏感的設(shè)備產(chǎn)生不利影響。為了降低電磁干擾，需要在光學(xué)窗上增加電磁屏蔽功能?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用在光學(xué)窗表面增加制作金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這一功能。
[0003]隨著多譜段探測技術(shù)的迅速發(fā)展，多模精確探測儀器對光學(xué)窗的電磁屏蔽性能提出了更高的要求:在可見光和紅外下呈現(xiàn)透明狀態(tài)，對特定微波波段也呈現(xiàn)透明狀態(tài)，而對于其他波段的微波和無線電波實(shí)現(xiàn)內(nèi)外電磁波的隔離，即防止外部的電磁干擾和內(nèi)部的電磁泄漏。因?yàn)榻饘倬W(wǎng)柵是一種寬頻段低通濾波器，屏蔽干擾電磁波的同時，也衰減了用于探測的毫米波，簡單的金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)很難同時滿足毫米波、可見/紅外光復(fù)合模式探測光學(xué)窗電磁屏蔽的高要求。
[0004]名稱為“雷達(dá)/紅外雙波段頻率選擇表面(申請?zhí)?201310385579.3) ”，“一種毫米波帶通金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)(申請?zhí)?201010239333.1) ”，以及“高性能雷達(dá)/紅外雙波段頻率選擇表面(申請?zhí)?201310385578.9) ”等發(fā)明專利和學(xué)術(shù)論文，均公開了一類表面分布有金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面(金屬網(wǎng)柵FSS)結(jié)構(gòu)的光學(xué)窗。這類光學(xué)窗在可見光和紅外下呈現(xiàn)透明狀態(tài)，對微波波段與孔徑FSS單元尺寸一致時，也呈現(xiàn)透明狀態(tài)，而對于其他波段的微波和無線電波而言，其相當(dāng)于進(jìn)行了金屬化處理，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外電磁波的隔離，解決了多模探測儀器光學(xué)窗的電磁屏蔽難題。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，金屬網(wǎng)柵FSS只是在方格、圓形或六邊形等規(guī)則周期陣列金屬網(wǎng)柵上設(shè)計FSS單元，但這些金屬網(wǎng)柵FSS受限于金屬網(wǎng)柵的光學(xué)衍射，高級次衍射能量分布不均勻造成雜散光的集中分布，影響光學(xué)系統(tǒng)成像，容易造成虛假探測目標(biāo)，掩蓋真實(shí)探測目標(biāo)。
[0006]申請?zhí)枮?01310122824.1的發(fā)明專利“一種基于龜裂模板法制備多孔金屬薄膜透明導(dǎo)電電極的方法”，公開了一種電極制備方法，該方法利用二氧化鈦溶液龜裂成的非周期龜裂模板，制作出非周期金屬網(wǎng)狀圖案。如將其用于制作光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，具有解決高級次衍射能量分布不均勻問題的潛在能力。
[0007]然而，將該專利用于制作光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，會存在以下缺點(diǎn)和不足:
[0008]第一、該方法采用二氧化鈦溶液作為龜裂液，由于二氧化鈦溶膠在空氣中水解后轉(zhuǎn)變成多晶薄膜，而多晶薄膜在干燥的過程中體積嚴(yán)重收縮，造成裂縫嚴(yán)重翹曲，因此會增加裂縫寬度，進(jìn)而增加金屬線寬，影響光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能。
[0009]第二、該方法采用二氧化鈦溶液作為龜裂液，在去除龜裂模板的時候，由于二氧化鈦物理化學(xué)性能穩(wěn)定，因此由其制作的龜裂模板只能采用機(jī)械摩擦的方式去除，不僅去除工藝復(fù)雜，而且機(jī)械摩擦還會磨損襯底和金屬電極，分別影響光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能和電磁屏蔽性能。
[0010]第三、按照該發(fā)明的方法制作光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，雖然突破了周期限制，但是否能夠解決高級次衍射能量分布不均勻的問題，或在什么具體條件下才能解決問題，沒有進(jìn)行討論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對上述缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明公開了一種光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及制作方法，該方法不僅回避使用二氧化鈦溶液，避免因金屬線寬增加而降低光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)透光性能的問題，而且無需采用機(jī)械摩擦的方式去除模板，避免傳統(tǒng)機(jī)械摩擦方式同時降低光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能和電磁屏蔽性能，還給出能夠解決高級次衍射能量分布不均勻問題的具體加工條件，使本發(fā)明方法制作出的光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，不僅具有良好的電磁屏蔽性能，而且在解決高級次衍射能量分布不均勻問題時，達(dá)到了不發(fā)生明顯衍射的效果，具有良好的透光性能。
[0012]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0013]一種光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，
[0014]包括襯底，分布在襯底上的透明網(wǎng)柵膜，所述的透明網(wǎng)柵膜表面具有周期開孔陣列；
[0015]所述的透明網(wǎng)柵膜的形狀為20?25°C溫度和50?80% RH濕度條件下，含有丙烯酸樹脂的裂紋甲油自然干燥形成的圖形；
[0016]所述的周期開孔陣列內(nèi)部，具有以下兩種結(jié)構(gòu)中的一種:
[0017]結(jié)構(gòu)一、不含有透明網(wǎng)柵膜；
[0018]結(jié)構(gòu)二、含有透明網(wǎng)柵膜，孔內(nèi)的透明網(wǎng)柵膜和孔外的透明網(wǎng)柵膜不連通。
[0019]一種光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，包括襯底，分布在襯底上的透明網(wǎng)柵膜和周期開孔陣列；所述透明網(wǎng)柵膜和周期開孔陣列是前述對應(yīng)位置的互換。
[0020]上述光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，所述的周期開孔陣列的形狀為以下兩類結(jié)構(gòu)中的一種:
[0021]結(jié)構(gòu)一、周期開孔形狀為圓環(huán)、方環(huán)、六邊形環(huán)等環(huán)形孔隙；
[0022]結(jié)構(gòu)二、圓形、方形、六邊形等實(shí)心孔隙。
[0023]一種上述光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0024]步驟a，首先在襯底的上表面滴涂掩模液，所述的掩模液為含有水性丙烯酸樹脂的裂紋甲油，然后采用旋涂法將掩模液均勻涂覆在襯底表面，形成掩模層薄膜；
[0025]步驟b，在密閉腔室中，控制腔室溫度為20?25°C，濕度為50?80% RH，將掩模層薄膜自然干燥，形成裂紋模板；
[0026]步驟C，采用磁控濺射方式或電子束蒸鍍方式，在裂紋模板的表面沉積導(dǎo)電金屬層；
[0027]步驟d，采用裂紋甲油清洗劑或氯仿溶液溶解去除裂紋模板，得到連續(xù)的透明網(wǎng)柵膜；
[0028]步驟e，在連續(xù)的透明網(wǎng)柵膜上制作開孔陣列掩模結(jié)構(gòu)或與開孔陣列互補(bǔ)的掩模結(jié)構(gòu)；
[0029]步驟f，去除掩模結(jié)構(gòu)未覆蓋的透明網(wǎng)柵膜；
[0030]步驟g，去除掩模結(jié)構(gòu)，得到光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)。
[0031]上述光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，步驟a所述的裂紋甲油采用稀釋劑稀釋，稀釋比例k定義為稀釋劑與裂紋甲油的體積比，并且I < k < 7。
[0032]步驟b所述的裂紋模板的平均裂紋寬度w與掩模層薄膜厚度h之間的關(guān)系為:
[0033]w = 0.342ea 266h
[0034]式中，w為裂紋模板的平均裂紋寬度，單位μπι ;h為掩模層薄膜厚度，單位μπι。
[0035]步驟b所述的裂紋模板的平均裂紋間隔d與掩模層薄膜厚度h之間的關(guān)系為:
[0036]d = 15.8eai69h
[0037]式中，d為裂紋模板的平均裂紋間隔，單位μ m;h為掩模層薄膜厚度，單位μπι。
[0038]所述的厚度h與旋涂轉(zhuǎn)速r之間滿足:
[0039]h = (1.283-0.251nk) (0.008r4-0.237r3+2.542r2-ll.98r+25.64)
[0040]式中，r的取值范圍在lkr/min至6kr/min之間。
[0041]上述光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，步驟a所述的襯底的材料為石英、ZnS, 1%&或PET等光學(xué)窗材料。
[0042]有益效果:
[0043]第一、由于使用含有水性丙烯酸樹脂的裂紋甲油作為掩模液，而這種掩模液在龜裂過程中，不會發(fā)生體積嚴(yán)重收縮及裂縫嚴(yán)重翹曲，因此不會造成裂縫寬度增加，解決了因金屬線寬增加而降低光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)透光性能的問題。
[0044]第二、由于使用含有水性丙烯酸樹脂的裂紋甲油作為掩模液，而這種掩模液在裂紋甲油清洗劑或氯仿溶液能夠溶解，即采用溶解的方式即可去除裂紋模板，因此解決了因使用傳統(tǒng)機(jī)械摩擦而造成的光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能和電磁屏蔽性能降低的問題。
[0045]第三、由于給出了密閉腔室的溫度為20?25°C，濕度為50?80% RH的條件，在此條件下制作出的光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，在解決高級次衍射能量分布不均勻問題時，甚至達(dá)到了不發(fā)生明顯衍射的效果，提高了光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能。
【附圖說明】
[0046]圖1是周期開孔陣列為方環(huán)形時的光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖2是本發(fā)明光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法流程圖。
[0048]圖3是本發(fā)明光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作工藝流程圖。
[0049]圖中:1襯底、2透明網(wǎng)柵膜、21掩模層薄膜、22裂紋模板、23導(dǎo)電金屬層、3周期開孔陣列。
【具體實(shí)施方式】
[0050]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0051]具體實(shí)施例一
[0052]本實(shí)施例為光學(xué)透明頻率選擇表面結(jié)構(gòu)實(shí)施例。