CN111427104A - 一种光学部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学部件及其制造方法，所述光学部件包括：衬底，该衬底设有上表面和与上表面对应的下表面，形成在所述衬底上表面图形化的介质层，形成于所述介质层上图形化的阻挡层。通过对衬底的改进，能够在很大程度上减少2次和多次反射、折射的光噪声对正常信号的干涉影响，进一步提高光学元件的信噪比，增强元件对信号处理的准确性和稳定性。

Description

一种光学部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种低噪声光学部件及其在光学领域的应用。

背景技术

现如今，在平板玻璃衬底上制备获得了具有高吸收、低透射、低反射的金属薄膜，其可以在光学领域具有较大的应用前景。随着光学电路的使用对信噪比的要求越来越高，对元件噪音的控制显得尤为重要。但现行光学元件在光路的不同界面处存在2次或多次反射和折射，这些反射光信号会成为正常信号的背景噪音，影响其他元件的正常工作。

因此，如何减少光的2次和多次反射、折射的光噪声对正常信号的干涉影响是本领域人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种光学部件及其制备方法，减少2次和多次反射、折射的光噪声对正常信号的干涉影响，进一步提高光学元件的信噪比，增强元件对信号处理的准确性和稳定性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一光学部件，所述光学部件包括：衬底，该衬底设有上表面和与上表面对应的下表面，形成在所述衬底上表面图形化的介质层，形成于所述介质层上图形化的阻挡层。

可选地，所述衬底的上表面为图形化的磨砂面。

可选地，所述衬底的材料包括但不限于玻璃。

可选地，所述介质层的材料包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W。

可选地，所述介质层的厚度大于等于10nm小于等于50μm。

可选地，所述阻挡层至少包括高反层及覆盖于所述高反层上的高吸低反层。所述高反层的材料包括但不限于Al、Ni、Ag、Cu、Sn，厚度大于等于100nm小于等于100μm；所述高吸低反层的材料包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W，厚度大于等于10nm小于等于50μm。

本发明还提供了如上述任意一项所述的光学部件的制造方法，至少包括以下步骤：

1)提供一衬底；

2)在该衬底上沉积介质层；

3)在该介质层上沉积阻挡层；

4)通过光刻及刻蚀，选择性去除阻挡层及介质层，得到所述的光学部件。

可选地，该方法步骤1)中还包括将衬底磨砂的步骤以及步骤4)中还包括选择性去除磨砂面的步骤。

可选地，该方法中所述介质层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法或等离子化学气相沉积。

可选地，该方法中所述阻挡层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法或等离子化学气相沉积。

如上所述，本发明通过衬底的磨砂面形成漫反射的作用和沉积的介质层吸收反射光的作用，在很大程度上减少了2次和多次反射、折射的光噪声对正常信号的干涉影响，进一步提高光学元件的信噪比，增强元件对信号处理的准确性和稳定性。

附图说明

图1显示为现有技术中的透射干涉图。

图2显示为现有技术中光学部件的工作原理图

图3显示为实施例一中衬底及衬底上表面的介质层的示意图。

图4显示为实施例一中在介质层表面形成阻挡层的示意图。

图5显示为实施例一中光刻和刻蚀后形成图像化介质层和阻挡层的示意图。

图6显示为实施例一中光学部件的工作原理图。

图7显示为实施例二中磨砂衬底的示意图。

图8显示为实施例二中在磨砂衬底上表面形成介质层的示意图。

图9显示为实施例二中在介质层表面形成阻挡层的示意图。

图10显示为实施例二中经光刻和刻蚀形成图形化衬底、介质层及阻挡层的示意图。

图11显示为实施例二中光学部件的工作原理的示意图。

元件标号说明

α 入射角

θ 折射角

d 玻璃厚度

1＇ 衬底

11＇ 衬底上表面

12＇ 衬底下表面

2＇ 阻挡层

21＇ 高反层

22＇ 高吸低反层

11 衬底

111 衬底上表面

112 衬底下表面

12 介质层

13 阻挡层

131 高反层

132 高吸低反层

21 衬底

211 衬底上表面

212 衬底下表面

22 介质层

23 阻挡层

231 高反层

232 高吸低反层

具体实施方式

在现有技术中，在使光透过的镜片或显示器等的透过型光学部件中，入射光会在不同界面处形成反射、折射、干涉等光学现象，如图1所示。当入射光以入射角α射入玻璃中，形成折射光线AB，在玻璃与空气的界面处形成反射光线BC及2次反射光线CD后，射出玻璃。

根据干涉公式：

其中σ为光程差，d为玻璃衬底的厚度，n_玻为玻璃的折射率，θ为折射角，λ为波长。当入射光的入射角α满足公式中的条件时，出射光则会产生干涉现象，从而会对信号造成影响。

具体的，如图2所示，当入射光以一定角度入射到光学部件时，入射到阻挡层2＇的部分会被吸收，其具体过程为当入射光4进入到高吸低反层22＇表面时，部分光线被吸收，如图中吸收光4所示；部分光线被高反层21＇反射，如图中反射光4所示，被反射的光重新进入高吸低反层21＇中，又被吸收。由此，阻挡层2＇用于吸收并阻止光线进入衬底。当入射光到以一定角度透射到常规衬底玻璃1＇底部时，如图中入射光1、入射光2、入射光3所示，部分光线会正常透射出衬底，形成正常信号1、正常信号2、正常信号3，到达处理电路，但部分光线会被反射，形成反射光，此反射光经过玻璃衬底上表面11＇反射、下表面12＇透射后，会重新进入衬底底部和处理电路表面之间的视场，成为噪声。此时若入射角度满足特定的干涉条件，则会出现干涉干扰，影响对正常信号的处理。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

如图3～6所示，本实施例提供一种光学部件及其制造方法。

如图5所示，本实施例提供了一种光学部件。所述光学部件包括：衬底11，所述衬底设有上表面111及与上表面对应的下表面112；形成在所述衬底上表面上图形化的介质层12，形成于所述介质层上图形化的阻挡层13。

下面通过光学部件的制造过程进一步说明本实施例的技术方案。

如图3所示，进行步骤1)，提供一衬底11，并在衬底上表面111上形成介质层12。

可选地，衬底的材料为透光性强的材料，包括但不限于玻璃。衬底的上表面可选为镜面或磨砂面。

可选地，介质层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子化学气相沉积中的任意一种。介质层的材料为高吸收率、低反射率的材料，包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W。介质层的厚度大于等于10nm小于等于50μm。

具体的，步骤1)中，选用玻璃作为衬底11，衬底的上表面111选为镜面。衬底用于对位于其上的结构提供支撑及附着并用于光学透射。采用物理气相沉积法制备介质层12。介质层12的材料选用TiN，且介质层厚度为200nm。介质层选用高吸收、低反射的材料，用于光学吸收。

如图4所示，进行步骤2)，在介质层12上沉积阻挡层13。

可选地，所述阻挡层至少包括高反层和高吸低反层。所述高反层的材料包括但不限于Al、Ni、Ag、Cu、Sn，厚度大于等于100nm小于等于100μm。

所述高吸低反层的材料包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W，高吸低反层可以选用与介质层相同的材料，也可以选用与介质层不相同的材料。高吸低反层的厚度大于等于10nm小于等于50μm。可选地，所述阻挡层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法或等离子化学气相沉积。

具体的，步骤2)中，首先采用物理气相沉积法，选用Al靶在所述介质层表面沉积高反层131。其次，采用化学气相沉积法在所述高反层表面沉积TiN，形成高吸低反层132。高吸低反层131厚度为1μm，高反层132的厚度为5μm。阻挡层用于吸收光线，阻止光线进入衬底。

如图5)所示，进行步骤3)，通过光刻及蚀刻技术，使衬底上表面111局部裸露，形成图形化的介质层12及阻挡层13，得到了所述的光学部件。

具体的，步骤3)中，首先在阻挡层13表面涂覆光刻胶，然后对光刻胶进行曝光和显影后形成图形化的光刻胶，接着进行刻蚀工艺，以图形化的光刻胶层为掩膜，通过等离子刻蚀技术刻蚀阻挡层13及介质层12，在玻璃衬底11上形成所需的图形，最后去除刻蚀后阻挡层表面的光刻胶剩余，得到了所述的光学部件。

该光学部件的工作原理如图6所示。当入射光以一定角度入射到光学部件时，部分会通过衬底裸露区域透射出衬底11，形成正常信号1、正常信号2、正常信号3，到达处理电路。但部分会被衬底下表面112反射，此反射光经过衬底上表面111时，部分反射光会进入介质层12，被介质层12吸收，部分会被反射形成2次反射光。对比现有技术，由于介质层12对反射光的吸收，而使得2次反射光减少，从而在一定程度上减少了了光噪声，提高了光学元件的信噪比，增强了元件对信号处理的准确性。

实施例二

如图7～11所示，本实施例提供一种光学部件及其制造方法。

如图10所示，本实施例提供了一种光学部件。所述光学部件包括：衬底21，所述衬底设有上表面211及与上表面对应的下表面212、形成在所述衬底上表面图形化的介质层22、形成于所述介质层上图形化的阻挡层23。

下面通过光学部件的制造过程进一步说明本实施例的技术方案。

如图7所示，进行步骤1)，提供一衬底21。

可选地，衬底的材料为透光性强的材料，包括但不限于玻璃。衬底的上表面可以是镜面或磨砂面。

具体的，步骤1)中，选用玻璃作为衬底21，衬底的上表面211选为磨砂面。磨砂面的厚度为1μm～90μm。通过衬底上表面211的磨砂效果，增加漫反射，减少2次反射光线。

如图8所示，进行步骤2)，在衬底21上形成介质层22。

可选地，介质层的制备方法包括但不限于物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积中的任意一种。介质层的材料为高吸收率、低反射率的材料，包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W。所述介质层的厚度大于等于10nm小于等于50μm具体的，步骤2)中，采用物理气相沉积法制备介质层22。所述介质层的材料选用TiN，且薄膜厚度为200nm。

如图9所示，进行步骤3)，在介质层22上沉积阻挡层23。

可选地，所述阻挡层至少包括高反层和高吸低反层。所述高反层的材料包括但不限于所述高反层的材料包括但不限于Al、Ni、Ag、Cu、Sn，厚度大于等于100nm小于等于100μm。所述高吸低反层的材料包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W，高吸低反层可以选用与介质层相同的材料，也可以选用与介质层不相同的材料。高吸低反层的厚度大于等于10nm小于等于50μm。

可选地，所述阻挡层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法或等离子化学气相沉积。

具体的，步骤2)中，首先采用物理气相沉积法，选用Al靶在所述介质层表面沉积高反层231。其次，采用化学气相沉积法在所述高反层表面沉积TiN，形成高吸低反层232。高吸低反层232的厚度为1μm，高反层231的厚度为5μm。阻挡层用于吸收光线，阻止光线进入衬底。

如图10所示，进行步骤3)，通过光刻及蚀刻技术，选择性的去除阻挡层、介质层及磨砂面，使衬底上表面211的平面部分局部裸露，从而形成图形化的介质层22、阻挡层23及玻璃衬底21，得到了所述的光学部件。

具体的，步骤3)中，首先在阻挡层23表面涂覆光刻胶，然后对光刻胶进行曝光和显影后形成图形化的光刻胶，接着进行刻蚀工艺，以图形化的光刻胶层为掩膜，通过等离子刻蚀技术刻蚀阻挡层23、介质层22及衬底上表面211的磨砂面，在玻璃衬底21上形成所需的图形，最后去除刻蚀后阻挡层表面的光刻胶剩余，得到了所述的光学部件。

该光学部件的工作原理如图11所示。当入射光以一定角度入射到光学部件时，部分会通过衬底裸露区域透射出衬底21，形成正常信号1、正常信号2、正常信号3，到达处理电路。但部分会被衬底下表面212反射，此反射光经过玻璃衬底上表面211时，部分反射光进去介质层22，被介质层22吸收。部分反射光经衬底上表面211的磨砂面漫反射后，形成散射光线。部分反射光经衬底上表面211反射后形成2次反射光。对比现有技术及实施例一，反射光一方面被高吸收率、低反射率的介质层22吸收，一方面被衬底上表面211的磨砂面漫反射后，被散射成有着随机方向和光程差的光线。这样，就减少了满足对正常信号形成干涉条件的光线，从而可以大大地降低或减弱这些光线透射出去对正常信号干扰。

综上，本发明通过衬底的磨砂面形成漫反射的作用和沉积的介质层吸收反射光的作用，能够在很大程度上减少2次和多次反射、折射的光噪声对正常信号的干涉影响，进一步提高光学元件的信噪比，增强元件对信号处理的准确性和稳定性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种光学部件，其特征在于，所述光学部件包括：衬底，该衬底设有上表面和与上表面对应的下表面，形成在所述衬底上表面图形化的介质层，形成于所述介质层上图形化的阻挡层。

2.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，所述衬底的上表面为图形化的磨砂面。

3.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，所述衬底的材料包括但不限于玻璃。

4.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，所述介质层的材料包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W。

5.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，所述介质层的厚度大于等于10nm小于等于50μm。

6.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，所述阻挡层至少包括高反层及覆盖于所述高反层上的高吸低反层。所述高反层的材料包括但不限于Al、Ni、Ag、Cu、Sn，厚度大于等于100nm小于等于100μm；所述高吸低反层的材料包括但不限于TiN、AlN、CrN、Ti、W，厚度大于等于10nm小于等于50μm。

7.一种如权利要求1～6所述的光学部件的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

1)提供一衬底；

2)在该衬底上沉积介质层；

3)在该介质层上沉积阻挡层；

4)通过光刻及刻蚀，选择性去除阻挡层及介质层，得到所述的光学部件。

8.根据权利要求7所述的光学部件的制造方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括将衬底磨砂的步骤，所述步骤4)中还包括选择性去除磨砂面的步骤。

9.根据权利要求7所述的光学部件的制造方法，其特征在于，所述介质层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法或等离子化学气相沉积。

10.根据权利要求7所述的光学部件的制造方法，其特征在于，所述阻挡层的制备方法包括但不限于物理气相沉积法、化学气相沉积法或等离子化学气相沉积。

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