[发明专利]大角度多波段红外高增透膜系的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于镀制光学薄膜的方法，更具体地说，本发明是关于红外玻璃（IRG205）IG5或（IRG206）IG6基底同时对近红外(激光波长1.064um)和远红外(8～12um)超宽波段大角度入射(0～50⁰)的高增透膜的膜系和制备工艺方法。

背景技术

在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。增透膜是目前在世界范围内应用最为广泛的一类光学薄膜。随着红外技术的飞速发展，光学系统作光谱区越来越宽，不仅要求覆盖可见与近红外波段，同时还必须覆盖中远红外波段，这就使得具有高透射率、 宽光谱覆盖范围、可靠性好，能够工作于恶劣的地面与空间环境的高性能的可见与红外双波段宽带增透膜的研制成为必要。大气对红外系统开设的“大气窗口” 有 2～2.5μm、3～4μm、 4.5～5μm 以及8～14μm。 透射这些波段的红外材料品种较少，并且热学性能较差。常用的红外材料为 Si、Ge、ZnS、ZnSe等等。 而IG5及IG6不由金属或半导体等元素组成，特别在中远红外具有高透射率、以及最低色散。这些属性使其可作为于从可见光到远红外的多波段成像基材，易于进行色差校正，并促进无热散焦的红外光学系统。与锗透镜相比，IG5和IG6 非球面透镜的折射率更低，非常适合与其他红外组件配合使用。IG5和IG6玻璃具有极好的光学透过性，折射率和色散热变化小。在1-14um范围内无热散焦，使其更易于设计颜色修正红外光学系统。对于结合其他红外材料的应用，它也是理想的选择。IG5和IG6玻璃可以用于窗口，红外光学镜头（球面和/或非球面），棱镜以及其它光学元件。高增透膜作为光学薄膜的一种，广泛应用于各种光学和红外元器件、太阳能电池以及大功率激光系统中。目前已有很多不同类型的高增透膜能满足光学和红外技术领域的部分实际应用。而更广泛的实际应用对高反射膜综合性能的要求不断提高。目前公知的应用非常广泛的高增透镀膜，一般都是使用金属（如金、银、铝等）或金属与介质材料或半导体材料（如硅、锗等）来进行高反射膜的镀制。由于红外隐身条件所限，因此不能同时应用于激光和红外制导技术等特殊要求的光学设计，不能满足激光和红外制导中隐身和高透射的要求。根据增透膜的透明波段要求，目前常用的红外高折射率材料有ZnS、ZnSe，与之匹配的低折射率材料有MGF2、YbF, ZnS、ZnSe性能上都有各自的优缺点,且MGF2不透远红外，YbF有很大的应力，经过多次实验发现， 单层YbF，如果太厚，导致膜层龟裂。增透膜是沉积在IG5和IG6基底上，要求与近红外波段1.064 uｍ及远红外波段8-12um，平均透射率大于95％。材料的光学特性 由于膜料的光学常数受工艺参数如基底温度、沉积速率、真空度等影响．同时蒸发方式如热蒸发、电子束蒸发、离子辅助蒸发等也对其影响很大，因此膜系设计主要考虑以下两三点：１）为了减少累积误差，总的层数不宜过多；由于实际膜层制备过程中膜层厚度存在控制误 差，为了减少误 差，层膜的两个界面可以用一个等效界面的累积，总层数不能太多。２）单层膜不宜偏厚，尽量使膜系中各层厚度保持均匀，以免造成应力过大产生膜层龟裂、脱膜等，过厚的膜层会产生较大的应力，影响牢固度；３）而过薄的膜层则不容易监控，导致膜层厚度误差很大，影响整个光谱曲线 。由于上述光学波段的高增透膜不仅要求膜层要非常牢固地镀制覆盖在红外材料IG5或IG6基底上，还要求在近红外和远红外非常宽阔的范围内透过率要尽可能的高(透过率T达到95%以上)，而且使用波段的入射角指标要求达到 0°～50°。然而现有技术中凡涉及红外的宽波段高增透膜可选用的红外膜料品种极少，膜系设计和工艺难度很大。目前常规的可见光和近红外高增透膜都是镀制在硬质材料基底上，膜层的设计层数较少，常规高增透膜镀制技术仅限于在单点波长或狭窄波长范围，通常为0⁰入射或使用角度较小(一般0⁰～15⁰)，使用介质材料镀制红外宽波长范围的高增透膜可用的介质膜料品种很多(可达几十种)；且由于高增透膜范围不宽，则膜系设计相对层数较少，膜层不太厚（一般＜1um），镀膜工艺制备时间较短（一般1小时左右），因而镀制的高增透膜牢固性比较容易解决。而本发明要求的高增透膜波段范围很宽阔（从近红外到远红外），而可选用的膜料仅有几种，其膜系设计的厚度选择和高增透膜的牢固要求都很高、工艺难度非常大，决非目前常规高增透膜系可比拟，否则其高增透膜产品就无法在野外和空中的恶劣环境中长久使用。

发明内容