[发明专利]一种氧化物体系红外增透保护膜的设计方法

说明书

本发明涉及一种氧化物体系红外增透保护膜的设计方法，属于光学薄膜技术领域。本发明设计了一种基于氧化物薄膜体系的红外增透保护膜设计方法，该方法采用Y₂O₃薄膜为主体薄膜材料、Al₂O₃薄膜材料为过渡层、HfO₂薄膜为最外层保护膜的设计方案，通过匹配三种氧化物实现复合红外增透保护膜的设计。该红外增透保护膜能够实现ZnS红外窗口在7.5μm‑9.7μm波段的高效增透，同时由于Al₂O₃薄膜过渡层及HfO₂最外层保护膜的引入，降低了膜系应力并提高了膜系机械强度，使得该红外增透保护膜在恶劣服役环境下的稳定性得到增强，对于红外光学窗口在精确制导等方面的应用具有重要价值。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种氧化物体系红外增透保护膜的设计方法。

背景技术

红外光学窗口由基底材料和红外增透保护膜组成，工作于高速导弹导引头前端，是高速导弹结构功能一体化关键部件，起到传输目标红外信号、保持气动外形、保护内部成像系统的作用。高速导弹面临恶劣服役环境，高速飞行状态下会受到气动热和气动力的共同作用，红外光学窗口处于复杂的热力混合作用，影响其结构和光学特性，容易导致红外增透保护膜出现脱落、破裂等失效现象发生。为满足红外探测与制导的工作需求，一方面要求红外光学窗口具有足够的保护性能，能够承受高温、高压、热冲击、大气中的游离灰尘和冰雹等固体粒子的撞击，尤其是抵抗风沙雨蚀能力；另一方面，要具备优良的光学性能，即在工作波段具有足够高的透过率、低的吸收系数、低散射等光学性能。中波红外光学窗口往往选择ZnS为基底材料，但是仅仅依靠基底材料无法满足复杂的性能需求，因此需要在在ZnS基底表面制备红外增透保护膜，共同组成红外光学窗口以完成正常服役要求。

常见的ZnS基底红外增透保护膜多采用DLC薄膜，但在实际制备及应用过程中DLC薄膜存在以下几点不可避免的缺点，包括大厚度DLC薄膜难以制备、热稳定性差、高温抗氧化能力较差、与ZnS基底材料的结合强度较弱等问题。由此可见，在保证红外增透保护膜光学性能满足应用需求的基础上，提高红外光学窗口的高温结构稳定性问题也亟待解决。

综上所述，为满足“看得见、跑得快、打得准”的精确制导需求，如何在保证光学性能满足工作需求的前提下，提高红外增透保护膜的结构稳定性成为限制其应用的瓶颈技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：在保证红外光学窗口增透保护膜透过率满足工作需求的前提下，如何提高其结构稳定性以解决高温下结构失效问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化物体系红外增透保护膜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)给出ZnS基底的透过率曲线和光学常数；

2)给出Y₂O₃薄膜材料、Al₂O₃薄膜材料及HfO₂薄膜材料的光学常数；

3)基于Y₂O₃薄膜确定红外增透保护膜的初始膜系；

4)设置优化目标，对初始膜系进行结构优化，得到优化膜系；

5)确定Al₂O₃薄膜的单层厚度和层数，然后作为过渡层等间隔插入到Y₂O₃薄膜中，得到红外增透保护膜的膜系结构；

6)确定HfO₂薄膜的单层厚度，将HfO₂薄膜作为最外层硬质保护膜，得到最终的氧化物体系红外增透保护膜。