FR3147388A1 - Anti-reflective optical element - Google Patents
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Abstract
Elément optique antireflet Elément optique (30) comprenant : - un substrat transparent (32), - au moins une couche poreuse (36) s’étendant sur au moins une surface optique (34) du substrat (32), la couche poreuse (36) comprenant une pluralité d’éléments allongés (40) s’étendant depuis la surface optique (34), caractérisé en ce que les éléments allongés (40) présentent des formes hélicoïdales, chaque élément allongé (40) s’étendant le long d’un axe central (H) sensiblement perpendiculaire à la surface optique (34) et présentant un diamètre global (D), mesuré perpendiculairement à l’axe central (H), ledit diamètre global (D) étant inférieur ou égal à 100 nm. Figure à publier avec l’abrégé : 3 Anti-reflective optical element Optical element (30) comprising: - a transparent substrate (32), - at least one porous layer (36) extending over at least one optical surface (34) of the substrate (32), the porous layer (36) comprising a plurality of elongated elements (40) extending from the optical surface (34), characterized in that the elongated elements (40) have helical shapes, each elongated element (40) extending along a central axis (H) substantially perpendicular to the optical surface (34) and having an overall diameter (D), measured perpendicular to the central axis (H), said overall diameter (D) being less than or equal to 100 nm. Figure to be published with the abstract: 3
Description
L’invention concerne un élément optique présentant des propriétés antireflets. L’invention concerne également un dispositif optronique comprenant au moins un tel élément optique, ainsi qu’un aéronef comprenant au moins un tel dispositif optronique. En outre, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un tel élément optique.The invention relates to an optical element having anti-reflective properties. The invention also relates to an optronic device comprising at least one such optical element, as well as to an aircraft comprising at least one such optronic device. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing such an optical element.
L’ajout d’un revêtement antireflet sur un élément optique, tel qu’une lentille ou un hublot, permet de réduire la part de lumière réfléchie lorsqu’un faisceau lumineux traverse la surface revêtue, et améliore ainsi la transmission de lumière à travers l’élément optique.Adding an anti-reflective coating to an optical element, such as a lens or porthole, reduces the amount of light reflected when a light beam passes through the coated surface, thereby improving the transmission of light through the optical element.
Cela est particulièrement important pour les dispositifs comprenant plusieurs éléments optiques traversés successivement par un faisceau lumineux, et comprenant chacun deux surfaces traversées par ledit faisceau, comme des dispositifs optroniques.This is particularly important for devices comprising several optical elements successively crossed by a light beam, and each comprising two surfaces crossed by said beam, such as optronic devices.
Deux types de revêtements antireflets sont connus de l’état de la technique, respectivement par interférences et par gradient d’indice optique.Two types of antireflective coatings are known from the state of the art, respectively by interference and by optical index gradient.
La
Les couches 14a, 14b successives présentent des épaisseurs, mesurées le long de l’axe optique A, et des indices optiques déterminés afin de minimiser l’intensité lumineuse réfléchie par un phénomène d’interférences destructives. Ce type d’antireflet bénéficie d’une bonne résistance aux conditions environnementales, mais il est limité par les indices optiques des matériaux denses utilisables pour les couches minces 14a, 14b, ainsi que par la plage de longueur d’onde de fonctionnement.The successive layers 14a, 14b have thicknesses, measured along the optical axis A, and optical indices determined in order to minimize the light intensity reflected by a destructive interference phenomenon. This type of antireflection benefits from good resistance to environmental conditions, but it is limited by the optical indices of the dense materials usable for the thin layers 14a, 14b, as well as by the operating wavelength range.
Les éléments à gradient d’indice optique visent à mettre en œuvre une transition d’indice optique progressive, de manière discrète ou continue, de l’indice du substrat jusqu’à l’indice du milieu environnant, généralement de l’air.Gradient optical index elements aim to implement a gradual optical index transition, either discretely or continuously, from the index of the substrate to the index of the surrounding medium, usually air.
Une méthode connue pour obtenir ce type de résultat est une nano-structuration de la surface externe de l’élément par exemple suivant un procédé de gravure, permettant la formation de reliefs présentant des dimensions transverses de l’ordre de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres, qui améliorent fortement les performances optiques de l’élément.A known method for obtaining this type of result is a nano-structuring of the external surface of the element, for example using an etching process, allowing the formation of reliefs with transverse dimensions of the order of a few tens to a few hundred nanometers, which greatly improve the optical performance of the element.
Une autre méthode de fabrication d’un anti-reflet permettant une nano-structuration de la surface optique est le dépôt sous incidence oblique ou rasante (glancing angle depositionen anglais, abrégé en GLAD, ouoblique angle depositionen anglais, abrégé en OAD), décrite plus en détail dans la demande FR 3103314.Another method of manufacturing an anti-reflection coating allowing nano-structuring of the optical surface is deposition under oblique or grazing incidence ( glancing angle deposition in English, abbreviated to GLAD, or oblique angle deposition in English, abbreviated to OAD), described in more detail in application FR 3103314.
La
Ces éléments optiques présentent des propriétés optiques très satisfaisantes, grâce aux très faibles indices optiques obtenus pour les couches en surface.These optical elements exhibit very satisfactory optical properties, thanks to the very low optical indices obtained for the surface layers.
Cependant, les dimensions des objets formant les couches externes, qui sont du même ordre de grandeur que les longueurs d’onde de la lumière utilisée, engendrent des phénomènes de diffusion non-négligeables en transmission directe, notamment dans les basses longueurs d’onde telles que du bleu et le proche ultraviolet. Cette perte est d’autant plus élevée que la bande spectrale visée est large.However, the dimensions of the objects forming the external layers, which are of the same order of magnitude as the wavelengths of the light used, generate significant diffusion phenomena in direct transmission, particularly in low wavelengths such as blue and near ultraviolet. This loss is all the higher as the targeted spectral band is wide.
En effet, pour les antireflets à gradient d’indice, plus les épaisseurs des couches poreuses sont élevées, plus l’effet antireflet sera important sur une large gamme spectrale. Un compromis doit alors être trouvé entre trois aspects : un faible indice de réfraction des couches poreuses, donc une forte porosité, une épaisseur importante de la couche poreuse pour la largeur spectrale, et des pertes par diffusion engendrées par les éléments nanométriques formant la couche poreuse.Indeed, for gradient index antireflection coatings, the greater the thickness of the porous layers, the greater the antireflection effect will be over a wide spectral range. A compromise must then be found between three aspects: a low refractive index of the porous layers, therefore a high porosity, a significant thickness of the porous layer for the spectral width, and losses by diffusion generated by the nanometric elements forming the porous layer.
L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant un revêtement anti-reflet à hautes performances sur une large bande spectrale et présentant de faibles pertes par diffusion.The invention aims to overcome these drawbacks by providing an anti-reflective coating with high performance over a wide spectral band and exhibiting low scattering losses.
A cet effet, l’invention a pour objet un élément optique comprenant :For this purpose, the invention relates to an optical element comprising:
- un substrat transparent,- a transparent substrate,
- au moins une couche poreuse s’étendant sur au moins une surface optique du substrat, la couche poreuse comprenant une pluralité d’éléments allongés s’étendant depuis la surface optique,- at least one porous layer extending over at least one optical surface of the substrate, the porous layer comprising a plurality of elongated elements extending from the optical surface,
caractérisé en ce que les éléments allongés présentent des formes hélicoïdales, chaque élément allongé s’étendant le long d’un axe central sensiblement perpendiculaire à la surface optique et présentant un diamètre global, mesuré perpendiculairement à l’axe central, ledit diamètre global étant inférieur ou égal à 100 nm.characterized in that the elongated elements have helical shapes, each elongated element extending along a central axis substantially perpendicular to the optical surface and having an overall diameter, measured perpendicular to the central axis, said overall diameter being less than or equal to 100 nm.
L’élément optique peut être, par exemple, une lentille ou un hublot.The optical element can be, for example, a lens or a porthole.
Un tel élément optique présente des propriétés anti-reflet sur une large bande spectrale, par exemple s’étendant entre 400 nanomètres et 1800 nanomètres de longueur d’onde, ainsi que de faibles pertes optiques par diffusions sur cette bande spectrale.Such an optical element exhibits anti-reflection properties over a wide spectral band, for example extending between 400 nanometers and 1800 nanometers in wavelength, as well as low optical losses by diffusion over this spectral band.
La porosité de la couche poreuse peut être comprise entre 5% et 70%.The porosity of the porous layer can be between 5% and 70%.
De telles valeurs de porosité permettent d’obtenir un indice bas pour permettre l’effet anti-reflet.Such porosity values allow a low index to be obtained to enable the anti-reflective effect.
La porosité d’un milieu est le rapport du volume non-occupé par un solide sur le volume total.The porosity of a medium is the ratio of the volume not occupied by a solid to the total volume.
Le diamètre global peut être inférieur ou égal à 80 nm, préférentiellement inférieur ou égal à 50 nm et encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 30 nm.The overall diameter may be less than or equal to 80 nm, preferably less than or equal to 50 nm and even more preferably less than or equal to 30 nm.
Cette caractéristique permet de réduire les pertes optiques par diffusion, notamment aux basses longueurs d’onde.This feature helps reduce optical losses through diffusion, particularly at low wavelengths.
Chaque élément allongé peut comprendre une pluralité de spires successives selon la direction de l’axe principal, deux spires voisines étant séparées par un pas constant, ledit pas étant supérieur ou égal à 50 nm.Each elongated element may comprise a plurality of successive turns in the direction of the main axis, two neighboring turns being separated by a constant pitch, said pitch being greater than or equal to 50 nm.
Une telle caractéristique permet de réduire encore les pertes optiques par diffusion.Such a feature allows to further reduce optical losses by diffusion.
Le pas peut être supérieur ou égal à 100 nm, préférentiellement supérieur ou égal à 200 nm, plus préférentiellement supérieur ou égal à 400 nm et mieux supérieur ou égal à 600 nm.The pitch may be greater than or equal to 100 nm, preferably greater than or equal to 200 nm, more preferably greater than or equal to 400 nm and better still greater than or equal to 600 nm.
De telles valeurs de pas permettent de réduire encore plus les pertes optiques par diffusion.Such step values allow to further reduce optical losses by diffusion.
Le pas peut être inférieur ou égal à 1000 nm.The pitch can be less than or equal to 1000 nm.
Une telle caractéristique permet de conserver un nombre de spires suffisant pour que l’élément allongé garde sa forme hélicoïdale et le comportement optique associé.Such a feature makes it possible to maintain a sufficient number of turns so that the elongated element retains its helical shape and the associated optical behavior.
Chaque élément allongé peut être formé d’une branche inclinée, enroulée autour de l’axe principal et présentant un diamètre de branche, mesuré perpendiculairement à une direction locale d’allongement de la branche, ledit diamètre de branche étant inférieur ou égal à 60 nm, notamment inférieur ou égal à 40 nm, et préférentiellement inférieur ou égal à 20 nm.Each elongated element may be formed from an inclined branch, wound around the main axis and having a branch diameter, measured perpendicular to a local direction of elongation of the branch, said branch diameter being less than or equal to 60 nm, in particular less than or equal to 40 nm, and preferably less than or equal to 20 nm.
Une telle caractéristique permet de réduire encore plus les pertes optiques par diffusion.Such a feature allows to further reduce optical losses by diffusion.
Les éléments allongés peuvent être formés par un matériau à bas indice, comme par exemple SiO2, Al2O3, ou encore MgF2.The elongated elements can be formed by a low index material, such as SiO2, Al2O3, or MgF2.
Une telle caractéristique permet d’avoir un indice bas de la couche poreuse, favorisant l’effet anti-reflet, et confère une bonne tenue aux éléments allongés.Such a characteristic allows for a low index of the porous layer, promoting the anti-reflective effect, and gives good resistance to elongated elements.
L’invention concerne également un dispositif optronique comprenant au moins un élément optique comme décrit plus haut, disposé(s) le long d’un même axe optique.The invention also relates to an optronic device comprising at least one optical element as described above, arranged along the same optical axis.
Un tel dispositif peut fonctionner avec de faibles pertes optiques sur une bande large de longueurs d’onde, même avec plusieurs dioptres successifs.Such a device can operate with low optical losses over a wide band of wavelengths, even with several successive diopters.
Un flux lumineux destiné à traverser l’élément optique peut comprendre un rayonnement présentant au moins une longueur d’onde comprise entre 400 nm et 550 nm.A luminous flux intended to pass through the optical element may comprise radiation having at least one wavelength between 400 nm and 550 nm.
Une telle caractéristique permet de profiter de l’effet de réduction des pertes optiques par diffusion, qui est plus important pour les basses longueurs d’onde.Such a feature allows to take advantage of the effect of reducing optical losses by diffusion, which is more important for low wavelengths.
L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un élément optique comme décrit plus haut, comprenant des étapes de :The invention further relates to a method of manufacturing an optical element as described above, comprising steps of:
- fourniture d’un substrat et mise en place du substrat dans un dispositif de dépôt, et- providing a substrate and placing the substrate in a deposition device, and
- dépôt de la couche poreuse sur une surface optique du substrat, selon une méthode de dépôt sous incidence oblique,- deposition of the porous layer on an optical surface of the substrate, using an oblique incidence deposition method,
dans lequel un angle d’incidence d’un faisceau de dépôt, mesuré par rapport à une normale locale à la surface optique, est supérieur ou égal à 45°, et préférentiellement sensiblement égal à 80°, etwherein an angle of incidence of a deposition beam, measured relative to a local normal to the optical surface, is greater than or equal to 45°, and preferably substantially equal to 80°, and
dans lequel, au cours de l’étape de dépôt de la couche poreuse, le substrat est maintenu en rotation azimutale à une vitesse de rotation comprise entre 0,05 tour par minute et 0,5 tour par minute, préférentiellement sensiblement égale à 0,125 tour par minute.wherein, during the step of depositing the porous layer, the substrate is maintained in azimuthal rotation at a rotation speed of between 0.05 revolutions per minute and 0.5 revolutions per minute, preferably substantially equal to 0.125 revolutions per minute.
Un tel procédé permet d’obtenir une couche poreuse micro-structurée comme décrit plus haut, comprenant des éléments allongés hélicoïdaux et bénéficiant à la fois d’un effet anti-reflet et de faibles pertes optiques par diffusion.Such a process makes it possible to obtain a micro-structured porous layer as described above, comprising elongated helical elements and benefiting from both an anti-reflection effect and low optical losses by diffusion.
Un élément optique 30 selon l’invention est représenté sur la
L’élément optique 30 est par exemple une lentille ou un hublot, et présente un axe principal A, perpendiculaire à la surface optique 34. L’axe principal A est par exemple l’axe optique de l’élément, si celui-ci est une lentille.The optical element 30 is for example a lens or a porthole, and has a main axis A, perpendicular to the optical surface 34. The main axis A is for example the optical axis of the element, if the latter is a lens.
L’élément optique 30 est destiné à faire partie, par exemple, d’un dispositif optronique, notamment d’un dispositif optronique embarqué sur un aéronef. Ledit dispositif optronique peut par exemple comprendre une pluralité de tels éléments optiques, alignés selon un même axe optique.The optical element 30 is intended to be part, for example, of an optronic device, in particular an optronic device on board an aircraft. Said optronic device may for example comprise a plurality of such optical elements, aligned along the same optical axis.
Le substrat 32 est constitué d’un matériau transparent, organique ou minéral, notamment un verre à hautes performances optiques.The substrate 32 is made of a transparent, organic or mineral material, in particular a glass with high optical performance.
La surface optique 34 est l’une des surfaces fonctionnelles du substrat 32, destinée à être traversée par un ou plusieurs flux lumineux.The optical surface 34 is one of the functional surfaces of the substrate 32, intended to be crossed by one or more light fluxes.
La surface optique 34 est par exemple sensiblement plane.The optical surface 34 is for example substantially flat.
La surface optique peut également, dans d’autres modes de réalisation, être courbée, comme dans le cas d’une lentille, et présenter un profil convexe, ou alternativement concave.The optical surface may also, in other embodiments, be curved, as in the case of a lens, and have a convex, or alternatively concave, profile.
Le revêtement anti-reflet 36 est formé par une couche poreuse formée d’une pluralité d’éléments allongés 40, s’étendant depuis la surface optique 34.The anti-reflective coating 36 is formed by a porous layer formed of a plurality of elongated elements 40, extending from the optical surface 34.
Une telle couche poreuse est réalisée suivant un procédé de nano-structuration de la surface optique par dépôt sous incidence oblique ou rasante (glancing angle depositionen anglais, abrégé en GLAD, ouoblique angle depositionen anglais, abrégé en OAD).Such a porous layer is produced using a process of nano-structuring the optical surface by deposition under oblique or grazing incidence ( glancing angle deposition in English, abbreviated to GLAD, or oblique angle deposition in English, abbreviated to OAD).
Le matériau composant la couche poreuse a un indice optique compris entre 1,4 et 1,9 en couche dense, mais la porosité de la couche poreuse permet à ladite couche poreuse de présenter un indice inférieur à 1,4 et de préférence inférieur à 1,3, réduisant ainsi les réflexions lumineuses à l’interface avec l’air.The material composing the porous layer has an optical index between 1.4 and 1.9 in a dense layer, but the porosity of the porous layer allows said porous layer to have an index lower than 1.4 and preferably lower than 1.3, thus reducing light reflections at the interface with the air.
Le matériau composant les éléments allongés 40 de la couche poreuse est par exemple un matériau à bas indice, comme par exemple MgF2, Al2O3, ou préférentiellement SiO2.The material making up the elongated elements 40 of the porous layer is for example a low index material, such as for example MgF2, Al2O3, or preferably SiO2.
Selon les paramètres de dépôt choisis, il est possible de donner aux éléments allongés 40 des formes de colonnes sensiblement rectilignes, perpendiculaires à la surface optique (colonnes normales) ou inclinées par rapport à cette surface optique (colonnes inclinées), ou encore des colonnes hélicoïdales ou bien des colonnes présentant des sections transverses allongées selon une direction transverse commune (colonnes anisotropes).Depending on the chosen deposition parameters, it is possible to give the elongated elements 40 substantially rectilinear column shapes, perpendicular to the optical surface (normal columns) or inclined relative to this optical surface (inclined columns), or even helical columns or columns having transverse sections elongated in a common transverse direction (anisotropic columns).
Les propriétés optiques de chacune de ces structures des éléments allongés 40 ont été étudiées par le biais de l’ellipsométrie spectroscopique. Cette méthode permet d’obtenir les indices de réfraction réel et complexe n et k de l’élément optique 30 dans différentes configurations des éléments allongés 40, mais également des données morphologiques telles que l’épaisseur et la porosité de la couche poreuse formant le revêtement anti-reflet 36.The optical properties of each of these structures of the elongated elements 40 were studied by means of spectroscopic ellipsometry. This method makes it possible to obtain the real and complex refractive indices n and k of the optical element 30 in different configurations of the elongated elements 40, but also morphological data such as the thickness and porosity of the porous layer forming the anti-reflective coating 36.
Les résultats obtenus sont représentés à la
La
Il en résulte que la perte optique par diffusion est très inférieure dans le cas des éléments allongés en forme de colonnes hélicoïdales, à porosité et épaisseur constante. Cet écart est notamment sensible pour les basses longueurs d’onde, par exemples inférieures à 550 nm, comme dans le bleu, le violet et le proche UV.As a result, the optical loss by diffusion is much lower in the case of elongated elements in the form of helical columns, with constant porosity and thickness. This difference is particularly noticeable for low wavelengths, for example below 550 nm, such as in blue, violet and near UV.
Ce résultat a été confirmé par des mesures de spectrophotométrie (mesure de transmission et de réflexion permettant de remonter aux pertes optiques), de même que par des simulations par éléments finis de type «Finite Difference Time Domain». Les résultats expérimentaux par spectrophotométrie sont représentés à la
De plus, les simulations par éléments finis ont montré que la faible diffusion des colonnes hélicoïdales ne provient pas de leur faible volume de matière mais de leur géométrie. En effet, à volume de matière identique, des courbes de diffusion différentes ont été obtenues et les colonnes hélicoïdales engendrent nettement moins de pertes optiques par diffusion que toutes les autres géométries.Furthermore, finite element simulations showed that the low scattering of helical columns does not come from their low volume of material but from their geometry. Indeed, for the same volume of material, different scattering curves were obtained and helical columns generate significantly less optical losses by scattering than all other geometries.
Ainsi, selon l’invention, les éléments allongés 40 sont des colonnes hélicoïdales sensiblement perpendiculaires à la surface optique 34 localement, de manière à minimiser les pertes optiques par diffusion.Thus, according to the invention, the elongated elements 40 are helical columns substantially perpendicular to the optical surface 34 locally, so as to minimize optical losses by diffusion.
Les paramètres géométriques des colonnes hélicoïdales influent sur la quantité de pertes optiques par diffusion, ce qui a entraîné des travaux d’optimisation de ces paramètres décrits ci-après.The geometric parameters of the helical columns influence the amount of optical losses by diffusion, which has led to optimization work on these parameters described below.
Comme représenté à la
Plusieurs combinaisons de ces paramètres P, D, d, ϴ montrent des quantités de pertes optiques par diffusion différentes, avec des influences variables d’un paramètre à l’autre.Several combinations of these parameters P, D, d, ϴ show different amounts of optical losses by diffusion, with varying influences from one parameter to another.
Le diamètre global D des hélices influence considérablement leur diffusion. En effet, plus les éléments allongés 40 sont larges, plus leur diffusion est importante.The overall diameter D of the propellers considerably influences their diffusion. Indeed, the wider the elongated elements 40 are, the greater their diffusion.
Ainsi, afin de réduire les pertes par diffusion optique, le diamètre global D est choisi inférieur ou égal à 100 nm (nanomètres), notamment inférieur ou égal à 80 nm, préférentiellement inférieur ou égal à 50 nm et mieux inférieur ou égal à 30 nm.Thus, in order to reduce losses by optical diffusion, the overall diameter D is chosen to be less than or equal to 100 nm (nanometers), in particular less than or equal to 80 nm, preferably less than or equal to 50 nm and better still less than or equal to 30 nm.
Le second paramètre par ordre d’influence est le pas P, qui fixe le nombre de spires de chaque hélice. Plus ce nombre de spire est élevé, plus les partes par diffusion sont importantes.The second parameter in order of influence is the pitch P, which sets the number of turns of each helix. The higher the number of turns, the greater the diffusion losses.
Ainsi, afin de réduire encore les pertes par diffusion, le pas P est choisi supérieur ou égal à 50 nm, notamment supérieur ou égal à 100 nm, préférentiellement supérieur ou égal à 200 nm, plus préférentiellement supérieur ou égal à 400 nm et mieux supérieur ou égal à 600 nm.Thus, in order to further reduce diffusion losses, the pitch P is chosen to be greater than or equal to 50 nm, in particular greater than or equal to 100 nm, preferably greater than or equal to 200 nm, more preferably greater than or equal to 400 nm and better still greater than or equal to 600 nm.
Le pas P est par exemple choisi inférieur ou égal à 1000 nm, de façon à conserver un nombre suffisant de spires, par exemple au moins 5 spires, et un caractère hélicoïdal de l’élément allongé 40 afin de se distinguer suffisamment du cas des colonnes rectilignes.The pitch P is for example chosen to be less than or equal to 1000 nm, so as to retain a sufficient number of turns, for example at least 5 turns, and a helical character of the elongated element 40 in order to distinguish it sufficiently from the case of rectilinear columns.
L’angle d’inclinaison ϴ est fixé par le choix du pas P et du diamètre global D, de sorte qu’avec les valeurs précédentes, l’angle d’inclinaison ϴ est compris entre 10° et 80°.The inclination angle ϴ is fixed by the choice of the pitch P and the overall diameter D, so that with the previous values, the inclination angle ϴ is between 10° and 80°.
Enfin, le troisième paramètre en termes d’influence sur la diffusion est le diamètre de branche d, avec un faible diamètre de branche d qui réduit les pertes par diffusion.Finally, the third parameter in terms of influence on diffusion is the branch diameter d, with a small branch diameter d reducing diffusion losses.
Ainsi, afin de réduire encore les pertes par diffusion optique, le diamètre de branche d est choisi inférieur ou égal à 60 nm, notamment inférieur ou égal à 40 nm, et préférentiellement inférieur ou égal à 20 nm.Thus, in order to further reduce optical diffusion losses, the branch diameter d is chosen to be less than or equal to 60 nm, in particular less than or equal to 40 nm, and preferably less than or equal to 20 nm.
Un tel élément optique présente des propriétés anti-reflets sur une large bande spectrale, par exemple s’étendant entre 400 nanomètres et 1800 nanomètres de longueur d’onde, ainsi que de faibles pertes optiques par diffusions sur cette bande spectrale.Such an optical element exhibits anti-reflection properties over a wide spectral band, for example extending between 400 nanometers and 1800 nanometers in wavelength, as well as low optical losses by diffusion over this spectral band.
Un procédé de fabrication de l’élément optique 30 va maintenant être décrit.A method of manufacturing the optical element 30 will now be described.
Le procédé comprend une étape préliminaire de fourniture du substrat 32, et de mise en place dudit substrat dans une chambre de dépôt, telle que celle décrite dans la demande FR 3103314 A1.The method comprises a preliminary step of providing the substrate 32, and of placing said substrate in a deposition chamber, such as that described in application FR 3103314 A1.
Préférentiellement, toutes les étapes suivantes du procédé de fabrication sont conduites dans la chambre de dépôt sans avoir à ouvrir celle-ci, de façon à prévenir toute pollution de la chambre et de son contenu.Preferably, all subsequent steps of the manufacturing process are carried out in the deposition chamber without having to open it, so as to prevent any pollution of the chamber and its contents.
Le substrat 32 est positionné dans la chambre de dépôt et le revêtement antireflet 36 est déposé sur la surface optique 34.The substrate 32 is positioned in the deposition chamber and the antireflective coating 36 is deposited on the optical surface 34.
La couche poreuse formant ledit revêtement antireflet 36 est déposée au moyen d’un faisceau de dépôt sous incidence oblique, par exemple un faisceau de particules de SiO2. On entend par là que le faisceau de dépôt forme un angle de dépôt non nul avec une normale locale à la surface optique 34. L’angle de dépôt est par exemple supérieur à 45°, et avantageusement sensiblement égal à 80°. L’angle de dépôt est maintenu constant au cours de toute l’étape de dépôt de la couche poreuse.The porous layer forming said antireflection coating 36 is deposited by means of a deposition beam under oblique incidence, for example a beam of SiO2 particles. This means that the deposition beam forms a non-zero deposition angle with a local normal to the optical surface 34. The deposition angle is for example greater than 45°, and advantageously substantially equal to 80°. The deposition angle is kept constant throughout the step of deposition of the porous layer.
Afin d’obtenir des éléments allongés 40 présentant des formes hélicoïdales, le substrat est soumis à un mouvement de rotation azimutale lente. L’axe de rotation pour une rotation azimutale est sensiblement parallèle à l’axe optique A, et avantageusement confondu avec l’axe optique A. La vitesse de rotation azimutale est par exemple choisie comprise entre 0,05 tour par minute et 0,5 tour par minute, préférentiellement sensiblement égale à 0,125 tour par minute.In order to obtain elongated elements 40 having helical shapes, the substrate is subjected to a slow azimuthal rotation movement. The axis of rotation for an azimuthal rotation is substantially parallel to the optical axis A, and advantageously coincides with the optical axis A. The azimuthal rotation speed is for example chosen to be between 0.05 revolutions per minute and 0.5 revolutions per minute, preferably substantially equal to 0.125 revolutions per minute.
La vitesse de dépôt de la couche poreuse 42 est par exemple comprise entre 0,1 nanomètre par seconde et 1 nanomètre par seconde, selon la direction de l’axe optique A.The deposition speed of the porous layer 42 is for example between 0.1 nanometer per second and 1 nanometer per second, depending on the direction of the optical axis A.
Le procédé décrit permet ainsi de fabriquer l’élément optique 30 à haute performance de manière fiable et répétable, et permet de modifier simplement la porosité et la microstructure de la couche poreuse en fonction des résultats désirés.The method described thus makes it possible to manufacture the high-performance optical element 30 in a reliable and repeatable manner, and makes it possible to simply modify the porosity and microstructure of the porous layer depending on the desired results.
Claims (10)
- un substrat transparent (32),
- au moins une couche poreuse (36) s’étendant sur au moins une surface optique (34) du substrat (32), la couche poreuse (36) comprenant une pluralité d’éléments allongés (40) s’étendant depuis la surface optique (34),
caractérisé en ce que les éléments allongés (40) présentent des formes hélicoïdales, chaque élément allongé (40) s’étendant le long d’un axe central (H) sensiblement perpendiculaire à la surface optique (34) et présentant un diamètre global (D), mesuré perpendiculairement à l’axe central (H), ledit diamètre global (D) étant inférieur ou égal à 100 nm.Optical element (30) comprising:
- a transparent substrate (32),
- at least one porous layer (36) extending over at least one optical surface (34) of the substrate (32), the porous layer (36) comprising a plurality of elongated elements (40) extending from the optical surface (34),
characterized in that the elongated elements (40) have helical shapes, each elongated element (40) extending along a central axis (H) substantially perpendicular to the optical surface (34) and having an overall diameter (D), measured perpendicular to the central axis (H), said overall diameter (D) being less than or equal to 100 nm.
- fourniture d’un substrat (32) et mise en place du substrat (32) dans un dispositif de dépôt, et
- dépôt de la couche poreuse (36) sur une surface optique (34) du substrat (32), selon une méthode de dépôt sous incidence oblique,
dans lequel un angle d’incidence d’un faisceau de dépôt, mesuré par rapport à une normale locale à la surface optique (34), est supérieur ou égal à 45°, et préférentiellement sensiblement égal à 80°, et
dans lequel, au cours de l’étape de dépôt de la couche poreuse (36), le substrat (32) est maintenu en rotation azimutale à une vitesse de rotation comprise entre 0,05 tour par minute et 0,5 tour par minute, préférentiellement sensiblement égale à 0,125 tour par minute.Method of manufacturing an optical element (30) according to one of claims 1 to 7, comprising steps of:
- providing a substrate (32) and placing the substrate (32) in a deposition device, and
- deposition of the porous layer (36) on an optical surface (34) of the substrate (32), according to a method of deposition under oblique incidence,
wherein an angle of incidence of a deposition beam, measured relative to a local normal to the optical surface (34), is greater than or equal to 45°, and preferably substantially equal to 80°, and
wherein, during the step of depositing the porous layer (36), the substrate (32) is maintained in azimuthal rotation at a rotation speed of between 0.05 revolutions per minute and 0.5 revolutions per minute, preferably substantially equal to 0.125 revolutions per minute.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2302868A FR3147388A1 (en) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | Anti-reflective optical element |
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| FR3147388A1 true FR3147388A1 (en) | 2024-10-04 |
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Family Applications (1)
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-
2023
- 2023-03-27 FR FR2302868A patent/FR3147388A1/en active Pending
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