一种具有多层ITO结构的高效屏蔽光学视窗

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摘要：针对现有屏蔽光学视窗透过率低、表面反射率高的缺点，提出一种高效屏蔽光学视窗的设计方法。即将ITO材料作为光学介质的一种，采用匹配的多层膜设计原理，将多层ITO匹配到减反膜系中，通过用Matlab语言对膜系进行仿真、优化，实现了反射率低于0.3%，透过率大于99%的光学性能，并通过特殊的结构把多层ITO连接在一起，实现高效电磁屏蔽性能。

关键词：电磁屏蔽；光学视窗；减反膜；优化

中图分类号：TN141.9

文献标识码：A

引 言

随着各种电子设备的广泛应用，很多应用光学窗的场合都要求光学窗在可见光范围400~700nm波段具有高透低反的光学特性，同时还具有较强的宽波段电磁屏蔽能力，如机载车载显示器件、医疗电子显示设备的光学窗；党政机关、商业、科研等重要办公场所的窗玻璃要防止室内电脑等电子设备在工作时重要信息以电磁辐射形式向窗外传播造成泄密等。

目前，常用的电磁屏蔽视窗[1]有四种：

1）采用镀金属膜的方式，屏蔽效果较好，但透过率很低，一般只有30%；

2）采用将金属网状结构置于两块透明体之间来实现，视窗的透过率也比较低，且网状结构容易造成视觉疲劳，甚至误判，造成严重的后果；

3）采用ITO玻璃，透过率、屏蔽性能较好，但表面反射率较高。

为了克服现有电磁屏蔽光学视窗的缺点，本文提出了一种新的高效屏蔽视窗设计方法，即采用具有较强导电性能且透明的ITO材料作为介质层进行减反膜系设计，把多层ito结构通过光学膜系匹配优化设计，复合到介质膜中，实现高透低反的光学性能；再采用特殊的导电结构把各层的ITO在边缘导通，增强导电能力，实现高效电磁屏蔽性能。该设计可应用于航天、医疗、民用、军用的电磁屏蔽视窗。

1屏蔽视窗膜系的设计与计算

下面我们将应用多层光学膜的设计理论，结合屏蔽视窗的具体要求，利用优化算法，设计出光学膜结构并给出光学特性。

1.1多层光学膜的设计原理与优化算法

由文献[2,3,4]可知，膜层的特征矩阵包含了膜系的全部光学特性，我们通过研究膜系的特征矩阵来研究干涉多层膜的光学特性。多层膜的特征矩阵为

为了设计出符合要求的多层膜，需要对膜层参数进行优化。优化是在高、低折射率材料确定的条件下，对理论设定的各个膜层厚度d值进行优化。本文采用的优化函数是

式中R是由确定的d值通过理论公式计算出的透射率，Rwant是目标反射率，λ■、λ■分别为整个波段的波长最大值和最小值，λ■是所取波长间隔。...里面适合任何膜层结构。优化时，考虑取F最小时的一系列d值。本文采用MATLAB[5]自带优化函数optimset( ) 和fminunc(F)对膜层参数d进行优化。

1.2 屏蔽视窗膜系的设计及数值仿真计算

我们采用由高折射率材料和低折射率材料交叉分布的基础膜系结构[2,3,4]来实现宽带减反膜系的设计。考虑膜系两端介质，所需膜系的基础结构为G |HLH …HL |A，式中G代表衬底，A代表膜层外的空气层。

选用折射率为1.5的玻璃作衬底，ITO（氧化铟锡，折射率nH = 2.0），MgF2 （氟化镁，折射率nL =1.38）分别为高、低折射率膜层材料。取截止波段的中心波长 为550nm，膜层结构中L代表光学厚度为nLdL =λ0/4的一层MgF2膜，H代表光学厚度为nHdH =λ0/4的一层ITO膜，整个膜系层数为8层。膜系在可见光400~700nm的波段目标反射率为0。

本文用MATLAB语言[11]进行编程，通过多次优化，计算出减反膜系的参数如表1所示。

通过Matlab语言对屏蔽视窗光学膜系的透过率、反射率与波长的关系曲线进行仿真、优化，结果如图1所示。仿真过程中，同时对正入射和20°角入射的光学特性进行优化，使膜系在较大的入射角度范围内都具有良好的光学特性。从仿真结果看，我们设计的屏蔽视窗光学膜系在400~700nm范围内，正入射反射率峰值低于0.4%，透过率高于99.6%；20度角入射，反射率峰值低于0.5%，透过率高于99.5%。

2光学视窗高效屏蔽性能的实现方法

我们设计的屏蔽视窗的结构如下图3所示。膜系可以采用真空蒸镀的方法[6，7]来完成。在镀膜时，ITO的镀膜长和宽均比MgF2大1~2mm，这个可以通过挡板来实现，镀制膜片断面如图3所示，俯视图如图4所示，膜系边缘的ITO结构把各层的ITO连通，实现多层ITO的并联，既可以实现方块电阻小于5Ω，达到70dB[9，10]屏蔽效能，又便于与外部部件连接，形成屏蔽舱，增强屏蔽能力。

3 总 结

本文针对现有屏蔽光学视窗透过率低、表面反射率高的缺点，提出一种高效屏蔽光学视窗的设计方法，即将ITO作为光学介质的一种，采用匹配的多层膜设计原理，将多层ITO匹配到减反膜系中，通过用Matlab语言对膜系进行仿真、优化，实现了反射率低于0.4%，透过率大于99.6%的光学性能，并通过特殊的ITO结构把多层ITO连接在一起，方块电阻小于5 /sq，屏蔽效能可以达到70dB。屏蔽视窗结构边缘是导电的，可以配合结构，形成密闭的屏蔽仓，保证整体的屏蔽效果。该设计方法可以广泛应用于航天、医疗、民用、军用的电磁屏蔽视窗。

参考文献

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[4]M. Francon. Filters Optiques. Xu C L Translating. Beijing: Science Press, 1986.

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[7]周平，黄昱勇，林宇翔等. 两种制备ITO薄膜的红外特性分析[J]. 光子学报，2002，31（8）：985~988

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[9]J.Eite，A.G. Spencer. Indium Thin Oxide for transparent EMC shielding and Anti-static applications[J]. EMCUK,2004.

[10]Transparent Electromagnetic Compatibility Coatings. Coating Materials News.2003, V(13).

作者简介：陈瑞改（1978-），女，河南漯河人，硕士生，2006年于四川大学电子信息学院获得硕士学位，现任深圳天马微电子股份有限公司研发工程师，主要从事液晶显示方面的研究，E-mail:。

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