[发明专利]大口径ZnS红外窗口的镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学材料的镀膜方法，尤其涉及一种大口径ZnS红外窗口的镀膜方法。

背景技术

ZnS是可见红外波段常用的光学材料，其透明区域从可见的0.6um延伸到远红外的12um。特别是在红外波段，ZnS材料的吸收很小，另外ZnS材料具有优良的机械化学性能，抗潮解能力强。正是由于这些优良的性质，ZnS材料常作为红外波段窗口材料使用，广泛应用于国防、军事、夜视、红外测量与控制等领域。

在透明区域内，ZnS材料的折射率从短波的2.3变化到长波的2.2，每个表面有15％的剩余反射，只有75％的光能量能够进入后面的光学系统，而且反射的光线进入系统会造成杂散光影响系统的信号的对比度和图像的清晰程度。为提高光学系统的性能，通常要在ZnS窗口表面蒸镀减反射薄膜，以减小ZnS材料表面的剩余反射。另外，根据用途不同，会在ZnS窗口表面镀制特殊功能的光学薄膜。例如分光薄膜，可以实现不同红外波段光能量的分离。

目前，随着ZnS材料制备与加工技术的进步，大口径的ZnS红外窗口的制备与加工成本已经大幅降低，大口径ZnS红外窗口的应用已经越来越广泛。但是，在大口径ZnS红外窗口光学薄膜的制备过程中，还存在严重的膜层不均匀问题。薄膜表面存在明显的色差，不同区域的膜层颜色有明显差别，一般呈现不规则的环状分布。这种问题主要是膜层厚度不同而造成的膜层干涉色不同。

这种问题的原因有两个：

1、ZnS材料的导热性差。大口径ZnS窗口的等效直径在100mm以上，厚度10mm以上，温度在ZnS窗口内传递慢，不同区域的温度有差别。

2、制备膜层的材料通常选用ZnS、氟化物和Ge。其中，ZnS镀膜材料的凝结系数对温度敏感，是造成膜层厚度不均匀的主要原因。ZnS在受热时分解为Zn和S，到达基片上再重新合成ZnS。这种蒸发模式使得ZnS的凝结系数对温度非常敏感，因此温度差别会造成膜层厚度明显的差别。

ZnS镀膜材料的蒸发模式是ZnS镀膜材料的性质决定的，很难改变。所以，对于膜层不均匀性，主要改善ZnS窗口的温度分布的均匀性。通常采取两种方法：即增加恒温时间与提高镀膜设备温场均匀性。但这两种方法无疑都增加镀膜成本，而且效果也不理想。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种大口径ZnS红外窗口的镀膜方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种大口径ZnS红外窗口的镀膜方法，包括以下措施和步骤：

a、清洁ZnS窗口，去除表面的油渍与灰尘；

b、在ZnS窗口的一个面镀制一层传热工艺膜；

c、清洁ZnS窗口的另一个面，去除表面的油渍与灰尘；

d、在ZnS窗口的已清洁的面镀制按要求设计的一层或多层光学薄膜；

e、利用去膜液去除ZnS窗口的传热工艺膜；

f、在ZnS窗口已镀的光学薄膜上镀制一层传热工艺膜；

g、清洁ZnS窗口未镀膜面，去除表面的油渍与灰尘；

h、在ZnS窗口的未镀膜面镀制按要求设计的一层或多层光学薄膜；

i、利用去膜液去除ZnS窗口的传热工艺膜；

j、清洁ZnS窗口。

所述的传热工艺膜为金属薄膜，选用铝、金、银、铬、镍、铂、铊或铜等金属材料中的一种在真空中蒸镀形成，厚度为50nm-2um。

所述的光学薄膜采用ZnS与YbF₃、Ge中的一种或两种物质交替使用蒸镀形成，蒸镀工艺条件为：

温度：80℃～200℃；

恒温时间：0.5小时～3小时；

ZnS蒸发速率：0.6～1.2nm/s，Ge蒸发速率：0.7～1.5nm/s，YbF₃蒸发速率：0.7～1.5nm/s；

离子源清洁参数：阳极电压60～180V，阳极电流0.5～5A，时间5～15分钟。

所述的光学薄膜包括增透膜、分光膜、截止膜和带通滤光片。

本发明大口径ZnS红外窗口的镀膜方法具有以下优点：

1、能很好地解决膜层不均匀性的问题

利用传热工艺膜的优良的导热性，把热量在ZnS窗口内部的传导变为外部传导，根本上解决了ZnS材料导热性能差的问题，很好地解决了ZnS窗口膜层不均匀性的问题。

2、工艺简单

只需镀制一层工艺膜就能解决问题，对设备的要求低，工艺简单。

3、成本低

相对于改造设备与增加恒温时间，本方法具有成本低的优点。

具体实施方式