光学涂层方法可防止起雾和不必要的反射

研究人员开发了一种结合了防雾和抗反射特性的光学镀膜系统。这项新技术可以帮助提高激光雷达系统和相机的性能。

“从寒冷的室外走进温暖的房间会导致眼镜起雾，使用户失明，”来自德国耶拿的弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所和耶拿弗里德里希席勒大学的研究小组组长AnneGärtner说。“自动驾驶汽车中使用的激光雷达系统等传感器也会发生同样的情况。重要的是，表面保持高度透明，即使发生雾化，这样才能保持功能。”

在AppliedOptics中，Gärtner及其同事描述了他们如何将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，但该技术可以针对许多不同的应用进行定制。

“在我们的涂层系统中，防雾和抗反射性能完美结合，这在以前是不可行的，”Gärtner说。“采用这种新涂层技术制造的样品已经在全球各种气候条件下运行的多个机载激光雷达原型中成功使用了一年。”

论文中描述的镀膜系统是为了响应位于瑞士海尔布鲁格的LeicaGeosystems确定的需求而开发的。LeicaGeosystems开发用于地形和城市测绘的机载激光雷达测量系统。

当环境与测量系统之间存在极端温差时，光学表面有时会出现雾化，从而影响功能。Gärtner的团队与LeicaGeosystems合作开发了一种解决方案，可以管理起雾和不良的光反射。

“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折射率的差异会导致不需要的反射和重影。为防止这些反射，我们将防雾膜与非常小的结构(最高320纳米高)结合在一起，以创建防雾膜反光效果和透水性。”

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与精密工程研究所开发的AR-plas2技术。它允许在彼此之上创建多个纳米结构。该过程涉及将纳米结构蚀刻到防雾涂层中，然后在顶部制造第二个纳米结构。

利用这项技术，可以调整纳米结构的折射率以定制双纳米结构的设计，从而在宽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器件的抗反射/防雾面放在热水上后获得的雾化测量值，测试了其涂层系统的抗反射和防雾效果。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非常低的反射，这对于单个纳米结构是不可能的。此外，纳米结构不会影响涂层的防雾性能。

实际应用

由于这些结构是在标准等离子离子辅助涂层机中生成的，因此这种新方法可以很容易地融入商业制造过程。除了应用于多个激光雷达原型系统外，该涂层技术还已用于尖端智能手机摄像头。

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

“光学系统变得越来越复杂，因此对图像质量的要求也越来越高，”Gärtner说。“借助纳米结构，可以实现令人印象深刻的抗反射特性，而传统涂层通常无法实现。凭借我们近年来获得的基本理解，我们相信我们可以将纳米结构涂层带入许多实际应用中。“