[发明专利]光波导上的抗反射涂层

说明书

一种抗反射波导组件包括：具有第一折射率的波导基底，设置在波导的第一表面上的多个衍射光学元件，以及设置在波导的第二表面上的抗反射涂层。该抗反射涂层优选地增加通过施加有该抗反射涂层的表面进入波导的光的吸收，使得光的至少97％被透射。该抗反射涂层由四个材料层组成，这四个材料层具有不同的折射率，其中第一折射率和虚折射率小于1×10supgt;‑3/supgt;，但优选地小于5×10supgt;‑4/supgt;。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月10日提交的序列号为62/596,904的美国临时专利申请和2018年10月26日提交的序列号为62/751,240的美国临时专利申请的优先权，上述每个申请的全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

诸如窗口或光伏器件(例如，太阳能板)的基底的表面处理受益于分层的抗反射材料的涂层。减少来自撞击玻璃的光的眩光，提高自然光的保持率以降低能源成本，或者增加撞击光伏电池的光的吸收是抗反射涂层的一些使用方式。传统抗反射涂层为相对于基底表面法线基本上垂直的光路提供了益处，但是通常旨在使自由空间光的抗反射性最大化，这些自由空间光预期源于完全位于基底外部的光。传统涂层还寻求提高透射率。除自由空间起源外，某些光学介质操纵光路，因此需要用于优化此类介质的性能的抗反射涂层。

发明内容

本发明的实施例通常涉及用于光波导中的抗反射涂层的特定材料和层厚度。更具体地，本文描述的实施例和技术涉及抗反射涂层，该抗反射涂层必须便于光传播以实现全内反射(TIR)，同时使正交角度的光反射或其它自由空间光最小化。本文描述的实施例不涉及寻求光的完全透射。

一些实施例涉及具有第一折射率的波导基底，例如玻璃。基底可以是平面的或圆柱形的(例如光纤)。对于平面基底，在第一表面上设置多个衍射光学元件(例如光栅)，并且在相对的表面上设置抗反射涂层。对于圆柱形波导，将抗反射涂层施加到外表面。

在一些实施例中，波导被配置为接收光，并通过全内反射沿轴传播光。在平面波导中，光沿这样的轴在第一方向上行进，当光从该相应表面的衍射光学元件反射时，在基本上正交的方向上耦出(outcouple)光。在圆柱形波导中，光沿着基本平行于波导长度的轴沿波导反射，然后在远端耦出。

此类实施例上的抗反射涂层被配置为使所接收光的s和p偏振态之间的相位延迟最小化，使得光的每个偏振分量通过TIR的反弹角基本相似(similar)。

在一些实施例中，抗反射涂层是单个氟化镁(MgF₂)层，其厚度在75纳米(nm)至125纳米之间。在一些实施例中，将二氧化硅(SiO₂)层作为外层施加到该涂层上。

在一些实施例中，抗反射涂层具有小于5×10^-4的虚折射率值(在本文中可替代地称为吸收系数)k。在一些实施例中，无论包括涂层的层数如何，完整涂层的k值在5×10^-4至1×10^-3之间。在一些实施例中，涂层是单层材料。在一些实施例中，涂层在两种材料之间交替，其中一种材料具有与第二材料相比较高的折射率。在一些实施例中，使用少于八层的总层数。

在一些实施例中，使用折射率大于2的二氧化钛(TiO₂)作为涂层材料；在一些实施例中，折射率在1.45至1.58之间的SiO₂与具有二氧化钛的层交替。

这些材料和层选择优化了由光波导输出的光的效率，使相位延迟最小化以减少光学缺陷，例如由此类波导输出的图像中的条纹，并且使常规层的人工和材料成本最小化。

附图说明

图1是示出了抗反射涂层的俯视图，该抗反射涂层关于其使反射光最小化并且使波导中的光吸收最大化的功能而被理解。

图2是示出根据一些实施例的平面波导的俯视图，该平面波导耦出经由全内反射传播通过波导的多个光束。