一种表面镀覆纳米薄膜的特种光锥的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光无源器件，特别是光锥。
【背景技术】
[0002] 随着无线光通信、激光雷达、光源与光纤耦合等应用规模的不断扩大，系统对光信 号接收也提出了更高的要求，如高灵敏度、高耦合效率、广角接收等。特别是在复杂的应用 环境中，天气状况、大气湍流、基座振动等因素很容易影响系统的光信号接收耦合效率。然 而，常规的光信号接收技术往往仅适于环境因素影响较弱的工作场合，通常采用光电探测 器或光纤直接接收聚焦后的空间光信号，无法完成高灵敏度的广角接收，这将直接影响光 信号接收耦合效率。因此，亟需探索研究新的高效光信号耦合接收机理与方法，从根本上解 决如何增强光信号接收耦合效率的难题。高灵敏度、高耦合效率的光信号接收技术已成为 当前国际光电子领域的关注焦点。
[0003] 目前，常规光信号接收方法主要包括：自动捕获、跟踪和瞄准（Acquisition、 Tracking and Pointing，ATP)接收法、单透镜-单光纤接收法、多光学天线接收法、光电探 测器直接接收法、表面等离子激元法等。其中：
[0004] ATP接收法通过在光信号接收端探测光发射端的信标光，对其进行捕获、跟踪、瞄 准后返回信标光到发射端，完成点对点的锁定和对准，但其瞄准控制系统复杂，设备造价 高，且维护困难。
[0005] 单透镜-单光纤接收法采用单透镜将空间光信号聚焦后送入单根光纤，虽然能实 现较高的数据传输速率，但存在接收视场角小、抗外界环境振动能力差等问题。
[0006] 多光学天线接收法采用多个光学透镜，虽然能有效增加接收视场，但由于光学透 镜过多，存在耦合损耗较大、系统复杂、价格昂贵等问题。
[0007] 光电探测器直接接收法采用大面积光电探测器或光电阵列，存在较大的背景光噪 声，而且随着光电探测器接收面积的增加，使得信息传输速率大幅降低、响应速度慢等问题 愈加凸显。
[0008] 表面等离子激元法采用等离子激元波纹喇叭结构，能在一定程度上实现光信号的 广角接收，但对其制作工艺要求较高，难以加工制作。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种结构简单、制备容易、耦合效率高、成本低的表面镀覆 纳米薄膜的特种光锥，以克服现有技术仅适用于环境因素影响较弱的光信号接收场合，且 耦合效率难以满足实际需求的难题。
[0010] 本发明的特种光锥主要包括：锥体、大端和小端。其中，大端和小端的表面分别镀 覆300-2000nm波段、厚度范围为50-500nm的宽带增透纳米薄膜，实心锥体的锥面镀覆厚度 范围为IOO-1000 nm的SiO 2ArO2膜系高反纳米薄膜，最好上述特种光锥是由冕牌普通玻璃 制作而成的，上述特种光锥大端直径D范围为40-100mm，小端直径d范围为8-20mm，长度L
[0011] 上述300-2000nm波段的宽带增透纳米薄膜是采用Al203、MgF 2、Ti02& SiO2四种镀 膜材料，以质量比Al203:MgF 2:Ti02:Si02= 1 :1 :1 :4,通过真空镀膜法在特种光锥大、小锥 面上按A1203、MgF2、Ti0 2、SiO2先后顺序依次进行蒸镀获得4层薄膜，每层薄膜对应一种材 料，最外层薄膜为SiO 2,以获得满足不同入射光波长的厚度均匀的纳米薄膜；上述SiO2ArO2 膜系的高反纳米薄膜是采用SiOjP ZrO2两种镀膜材料，以质量比SiO2=ZrO2= 1 :2,也是通 过真空镀膜法在特种光锥锥面上按SiOjIj ZrO 2先后顺序依次进行蒸镀获得2层薄膜，每层 薄膜对应一种材料，最外层为ZrO2薄膜。所需镀膜材料如Al 203、MgF2、Ti02、5102等均为固 体颗粒，最好镀膜材料纯度为99. 99-99. 999%。
[0012] 本发明的工作过程：当具有高透射率或高反射率的纳米薄膜镀覆于某种基底（如 冕牌普通玻璃或纯石英）上，可以很好的实现对光信号的增透或高反。当外界光束照射到 表面镀覆300-2000nm波段的宽带增透纳米薄膜的特种光锥大端时，能以大于99. 6%的透 射率进入特种光锥锥体内部；光束在侧表面镀覆多层Si02/ZrOJ莫系的高反纳米薄膜的特 种光锥锥体内部反射时，能以大于99. 4%的反射率进行传播；最后在表面镀覆300-2000nm 波段的宽带增透纳米薄膜的特种光锥小端输出，其透射率同样大于99. 6%。因此，表面镀覆 纳米薄膜的特种光锥可以实现光信号的高效率接收与传输。
[0013] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0014] (1)本发明结构简单，具有制备容易、成本低等特点，方便装配。
[0015] (2)本发明采用冕牌普通玻璃制作，具有良好的传光性能。
[0016] (3)本发明在特种光锥大端面和小端面镀覆宽带增透纳米薄膜、锥体侧表面镀覆 高反纳米薄膜，可以增强光信号接收耦合效率。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明主视剖面示意简图。
[0018] 图2是测试本发明特种光锥光接收效率所用设备框图。
[0019] 图3是实施例1采用图2设备获得的本发明光锥光接收效率测试结果曲线与镀膜 前的光锥光接收效率曲线比较图。
[0020] 图4是实施例2采用图2设备获得的本发明光锥光接收效率测试结果曲线与镀膜 前的光锥光接收效率曲线比较图。
[0021] 其中，1 :特种光锥大端；2 :特种光锥锥体；3 :特种光锥小端；4 :光源；5 :光纤准直 器；6 :特种光锥；7 :高灵敏度光电探测器；8 :光功率计。
【具体实施方式】[0022] 实施例1
[0023] 在图1所示的一种表面镀覆纳米薄膜的特种光锥主视剖面示意简图中，它是由冕 牌普通玻璃制作的大端直径为60mm，小端直径为10mm，长度为300mm实心特种光锥。其中， 大端和小端的表面分别镀覆厚度为60nm的300-2000nm波段的宽带增透纳米薄膜，实心锥 体的锥面镀覆厚度为120nm的Si0 2/ZrOJ莫系的高反纳米薄膜。
[0024] 上述300-2000nm波段的宽带增透纳米薄膜是采用纯度99. 99以上的A1203、MgF2、 1102及5102四种镀膜材料，以质量