大角度多波段红外高增透膜结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大角度多波段红外高增透膜的膜系和制备方法。技术方案为：(1)以ZnS，ZnSe，Ge，Si、IG5和IG6等红外材料为基底设计膜系结构，计算每层膜的光学厚度值；(2)清洁被镀基底；(3)加温烘烤基底；(4)用离子源在镀膜前和镀膜过程中轰击基底；(5)将H(ZnSe)、M(Al

【技术实现步骤摘要】
大角度多波段红外高增透膜结构及其制备方法
本专利技术属于红外高增透膜结构及制备领域，涉及一种关于以ZnS，ZnSe，Ge，Si、IG5和IG6等红外材料为基底同时对近红外(激光波长1.064um)和远红外(8～12um)超宽波段大角度入射(0～45°)的高增透膜的膜系设计和工艺制备镀制方法。
技术介绍
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、激光和光学系统应用、光电探测以及大功率激光等成像系统中。目前已有很多不同类型的高增透膜能满足光学和红外
的部分实际应用。这些高增透膜的波段范围大都比较窄或以单波长为主，入射角度也很小(以0°为主)；而更广泛的实际应用对高增透膜的波段范围(从近红外扩展到远红外)和使用入射角度(从0°扩展到45°)等光学指标要求不断提高。由于对上述光学和红外成像系统有隐身的要求，这类高增透膜层材料选用又有特别的限制。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以ZnS，ZnSe，Ge，Si、IG5和IG6等红外材料为基底，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(所有波段透过率都要求达到95％以上)，而且使用波段的入射角指标要求达到0°～45°整个范围。然而现有技术中凡涉及红外的宽波段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。过去常规的可见光和近红外高增透都是镀制在硬质材料基底上，膜层的设计层数较少，可用的介质膜料品种很多(可达几十种)；而本专利技术要求的高增透膜(因涉及远红外)可选用的膜料仅有几种，其膜系设计的厚度非常厚，其高增透膜牢固度的要求很高、工艺难度很大，非过去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。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：为了克服目前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镀制高增透膜的缺陷，本专利技术提供一种能够满足隐身功能的在ZnS，ZnSe，Ge，Si、IG5和IG6等红外材料基底上镀制膜层坚硬牢固，隐身性能优良，并能在野外恶劣环境使用长久的大角度范围并在近红外和远红外超宽光学波段的高增透膜膜系设计和工艺制备方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种大角度多波段红外高增透膜结构，所述增透膜膜系结构为：G/0.3M0.11L0.8762H0.8L5.6713H8.4L0.5568H1.55L0.1M/A，其中，G为ZnSe、ZnS、Ge，Si、IG5和IG6红外材料基底，M为Al2O3膜料，H为ZnSe膜料，L为YbF3膜料，A为空气介质。其中：所述增透膜所包括的9层膜中，由基底至空气介质，每层膜的光学厚度对应为：0.3M-34.8nm；0.11L-32.8nm；0.8762H-124.4nm；0.8L-239.2nm；5.6713H-805.3nm；8.4L-2511.0nm；0.5568H-79nm；1.55L-463.4nm；0.1M-11.6nm。本专利技术还提供一种大角度多波段红外高增透膜制备方法，其包括以下步骤：(1)确定高增透膜膜系结构膜系结构为：G/0.3M0.11L0.8762H0.8L5.6713H8.4L0.5568H1.55L0.1M/A，其中，G为ZnSe、ZnS、Ge，Si、IG5和IG6红外材料基底，M为Al2O3膜料，H为ZnSe膜料，L为YbF3膜料，A为空气介质；由基底至空气介质，每层膜的光学厚度对应为：0.3M-34.8nm；0.11L-32.8nm；0.8762H-124.4nm；0.8L-239.2nm；5.6713H-805.3nm；8.4L-2511.0nm；0.5568H-79nm；1.55L-463.4nm；0.1M-11.6nm；(2)用清洗液清洁被镀基底，吹干，放入真空室抽真空待镀；(3)加温烘烤基底，在真空环境下，在30℃～200℃范围内逐渐升温烘烤；(4)根据所确定膜系结构，将Al2O3、ZnSe和YbF3三种膜料依次放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，然后用光学真空镀膜机完成镀膜；(5)在高低温退火工艺中，将镀完膜的镀件在真空室自然冷却到室温后进行退火处理。其中：在步骤(4)中，镀膜前和镀膜过程中，采用离子源辅助蒸镀工艺，用离子源轰击基底，直至镀膜完成。其中：所述步骤(2)中，将基底放入盛有乙醇做清洗液的超声波清洗机内，清洗1分钟，再换用丙酮清洗液清洗1分钟，用高纯氮气吹干，放入洁净的真空室载盘架并关门抽真空待镀。其中：所述步骤(4)中，采用光学膜层粘接打底工艺，将与基底粘接的0.3M层膜料Al2O3镀制在第一层。其中：所述步骤(4)中，采用光学膜层应力匹配工艺，将H、M、L三种膜料按照其检测到的应力性质，使压应力膜料和张应力膜料交替排布。其中：所述步骤(3)中，在加温烘烤基底时，当抽真空到10－3Pa数量级时，从30℃开始加烘烤，缓慢升温一直升到200℃保温120分钟，工件旋转20转/分钟。其中：所述离子源辅助蒸镀工艺中，镀膜前将离子源参数调到：屏极电压650V，束流90mA，充纯度四个9的高纯氩气或氧气，将真空度控制在1.0×10－2Pa，用产生的离子束轰击镀件基底30分钟。其中：所述步骤(5)中，高低温退火工艺，是将镀完膜的基底自然冷却到室温后，再从真空室转移到干燥箱进行退火处理：从40℃开始升温，每升温10℃再恒温10分钟，一直升到130℃，恒温13小时后降温，每降温10℃恒温10分钟，降到常温30℃，取出检测待用。(三)有益效果上述技术方案所提供的大角度多波段红外高增透膜结构及其制备方法，具有如下有益效果：(1)用本专利技术方法制备的高增透膜有很宽的多波段范围。现有增透射膜(反射率T≥95％)通常镀制于单点波长(如532nm或1064nm)，或几百纳米(＜1um)波段范围。本专利技术的高增透膜(反射率T≥95％)波段范围超过了四千纳米(＞4um)且兼顾了近红外(1.064um)和远红外(8～12um)波段,解决了现有技术高增透膜波段范围窄而不能推广到远红外波长范围的不足。(2)本专利技术方法的高增透膜有很大的使用角度范围。现有T≥95％高增透膜通常为0°入射，或使用角度较小(一般0°～15°)，本专利技术方法的高增透膜使用角度为0°～45°，实际可推广到45°～60°；且0°～45°兼容，即0°～45°都具有T≥95％的高透过率。(3)本专利技术解决了远红外波段超级厚度的高增透膜牢固性的工艺难题。现有技术高增透膜由于范围不宽，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。本专利技术的高增透膜覆盖远红外波段8～12um并兼顾近红外波段1.064um，其膜系设计厚度非常厚，达到4um以上，其镀膜工艺制备时间高达2小时以上。这样超级厚度的高增透膜要解决镀制工艺过程中的高透过率，以及产品在恶劣环境中使用的牢固性都是目前光学薄膜技术的著名难题。本专利技术采用的A、超声波清洗基底工艺；B、考夫曼离子源辅助蒸镀工艺；C、光学膜层张应力和压应力匹配工艺；D、特殊膜层粘接打底工艺；E、高温预热工艺和退火工艺等专门工艺技术，解决了上述远红外兼顾近红外超级膜厚度的高增透膜膜层牢固性的工艺难题。具体实施方式为使本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大角度多波段红外高增透膜结构，其特征在于：所述增透膜膜系结构为：G/0.3M 0.11L 0.8762H 0.8L 5.6713H 8.4L 0.5568H 1.55L0.1M/A，其中，G为ZnSe、ZnS、Ge，Si、IG5和IG6红外材料基底，M为Al

【技术特征摘要】
1.一种大角度多波段红外高增透膜结构，其特征在于：所述增透膜膜系结构为：G/0.3M0.11L0.8762H0.8L5.6713H8.4L0.5568H1.55L0.1M/A，其中，G为ZnSe、ZnS、Ge，Si、IG5和IG6红外材料基底，M为Al2O3膜料，H为ZnSe膜料，L为YbF3膜料，A为空气介质。2.如权利要求1所述大角度多波段红外高增透膜结构，其特征在于：所述增透膜所包括的9层膜中，由基底至空气介质，每层膜的光学厚度对应为：0.3M-34.8nm；0.11L-32.8nm；0.8762H-124.4nm；0.8L-239.2nm；5.6713H-805.3nm；8.4L-2511.0nm；0.5568H-79nm；1.55L-463.4nm；0.1M-11.6nm。3.一种大角度多波段红外高增透膜制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定高增透膜膜系结构膜系结构为：G/0.3M0.11L0.8762H0.8L5.6713H8.4L0.5568H1.55L0.1M/A，其中，G为ZnSe、ZnS、Ge，Si、IG5和IG6红外材料基底，M为Al2O3膜料，H为ZnSe膜料，L为YbF3膜料，A为空气介质；由基底至空气介质，每层膜的光学厚度对应为：0.3M-34.8nm；0.11L-32.8nm；0.8762H-124.4nm；0.8L-239.2nm；5.6713H-805.3nm；8.4L-2511.0nm；0.5568H-79nm；1.55L-463.4nm；0.1M-11.6nm；(2)用清洗液清洁被镀基底，吹干，放入真空室抽真空待镀；(3)加温烘烤基底，在真空环境下，在30℃～200℃范围内逐渐升温烘烤；(4)根据所确定膜系结构，将Al2O3、ZnSe和YbF3三种膜料依次放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，然后用光学真空镀膜机完成镀膜；(5)在高低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平秋，杨柳，于清，代礼密，廖自力，林莉，刘洋，吴杨海，许鸿，曾望辉，张玉东，邓健，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51