一种超低应力的8-12μm红外宽带增透薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低应力的8

【技术实现步骤摘要】
一种超低应力的8
‑
12
μ
m红外宽带增透薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜及其制备方法，属于红外宽带增透薄膜


技术介绍

[0002]光学薄膜的应用极其广泛，但几乎所有薄膜都有不同程度的应力存在，尤其是红外波段的薄膜，由于它们的膜层相对较厚、强度较差。应力的存在会直接导致薄膜脱落、色裂等现象，严重影响产品各方面性能。薄膜应力的性质、大小，与基底、薄膜材料、沉积工艺、沉积条件等密切相关；多年来，已有不少文献对电子束蒸发及各类影响因素进行了报道，但目前尚无通过薄膜材料匹配来消除应力的相关报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜及其制备方，通过混合膜料的配比、选用及膜层间的膜料匹配，得到了应力变化较小的增透膜层，使成品后膜层的面型维持在基底本身原有的面型，从而获得较好的薄膜牢固度，有效解决膜层间应力大及膜层附着力小的问题，使得到的膜层既有良好的光谱性能又有较好的机械稳定性能。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜，膜系结构为SUB/aHbLcHdLeH/air，其中，SUB代表蓝宝石基底、air代表空气、H代表ZnSe层、L代表Yb
‑
A层，Yb
‑
A层为YF3与掺钙1wt％
‑
8wt％的YbF体积比为1:1
‑
5:1的混合膜层；a
‑
e代表每层的四分之一参考波长光学厚度的系数。
[0006]红外波段的高折射率材料ZnSe透光范围0.5
‑
15μm，散射损失极低，对热冲击具有很高的承受能力。本申请采用ZnSe和Yb
‑
A分别作为高、低折射率薄膜材料，通过不同方案对膜系进行优化设计和比较，生成膜系结构SUB/aHbLcHdLeH/A，有效解决了膜层间的应力问题，提升膜层的致密性，使膜层更加牢固，寿命更长。
[0007]YF3和YbF3都是常用的红外波段的低折射率薄膜材料，专利技术人经研究发现，该两种膜料受沉积时的工艺条件影响较大，通常情况下均表现为张应力，适度掺钙的YbF3可呈现为压应力；与YbF3相比，YF3具有更低的折射率，在膜系设计中，容易获得较低的单面反射率；使用YF3与掺钙1wt％
‑
8wt％的YbF体积比为1:1
‑
5:1的混合膜层与ZnSe层按照特定的厚度相间设置，得到了薄膜应力(整体综合应力)接近0Gpa的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜。
[0008]上述a
‑
e的数值大小与参考波长λ有关，优选，a的取值为1.00～1.60，b的取值为1.70～2.30，c的取值为13.00～13.60，d的取值为12.70～13.30，e的取值为2.55～3.15。进一步优选，a的取值为1.30～1.34，b的取值为1.98～2.02，c的取值为13.28～13.32，d的取值为12.98～13.02，e的取值为2.83～2.87。更优选为，a的取值为1.32，b的取值为2.00，c的取值为13.30，d的取值为13.00，e的取值为2.85。
[0009]为了更好地兼顾增透膜的光学性能和力学性能，aH为第一ZnSe层，bL为第一Yb
‑
A
层，cH为第二ZnSe层，dL为第二Yb
‑
A层，eH为第三ZnSe层；第一ZnSe层的物理厚度为400
±
50nm，第一Yb
‑
A层的物理厚度为140
±
20nm，第二ZnSe层的物理厚度为600
±
50nm，第二Yb
‑
A层的物理厚度为1200
±
100nm，第三ZnSe层的物理厚度为200
±
30nm。
[0010]上述透薄膜双面镀制，膜系结构为air/eHdLcHbLaH/SUB/aHbLcHdLeH/air。前述膜系结构8
‑
12μm平均单面反射率不大于0.3％，平均双面透过不小于99.3％，通过面型计算出薄膜应力接近0。
[0011]本申请通过牛顿环法公式计算薄膜应力，当膜面直径比厚度大50倍以上时，量其干涉调味的曲率半径r即可导出其薄膜应力σ，式中ts未基板厚度，t
f
为膜厚，Es为基板杨氏弹性系数，ν为基板的泊松比。
[0012]上述超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜，镀膜过程中采用离子辅助沉积；镀膜前，将蓝宝石基底在90～100℃下烘烤0.5～1h；成膜时起始真空度为(0.8～1.2)*10
‑
3Pa，离子源参数设置为：加速电压200V，屏极电压450
±
50V，束流40
±
20mA。
[0013]为了进一步提高沉积薄膜的致密度，改善光学和机械性能，ZnSe采用铜坩埚电子束蒸发，蒸发速率控制在0.8
±
0.1nm/s。Yb
‑
A层采用石墨坩埚电子束蒸发，蒸发速率控制在0.8
±
0.1nm/s。Yb
‑
A层蒸镀时，先将YF3与掺钙1wt％
‑
8wt％的YbF按照体积比为1:1
‑
5:1的比例混合，然后采用石墨坩埚电子束蒸发。
[0014]上述通过对镀膜材料有效的选择，合理地控制各项工艺参数，在基底上镀制多层薄膜，使薄膜指标满足在8
‑
12μm的透过率要求，同时薄膜残余应力接近于零，有效解决了该波段内膜层不牢固度等缺陷。
[0015]本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0016]本专利技术超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜及其制备方，通过混合膜料的搭配，得到了应力变化较小的增透膜层，使成品后膜层的面型维持在基底本身原有的面型，从而获得较好的薄膜牢固度，有效解决膜层间应力大及膜层附着力小的问题，使得到的膜层既有良好的光谱性能又有较好的机械稳性能，8
‑
12μm平均单面反射率不大于0.3％，平均双面透过率不小于99.3％，薄膜应力接近0Gpa。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1中超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例1中超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜理论设计单面反射曲线图；
[0019]图3为本专利技术实施例1中超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜单面反射曲线图；
[0020]图4为本专利技术实施例1中超低应力的8
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜，其特征在于：膜系结构为SUB/aHbLcHdLeH/air，其中，SUB代表蓝宝石基底、air代表空气、H代表ZnSe层、L代表Yb
‑
A层，Yb
‑
A层为YF3与掺钙1wt％
‑
8wt％的YbF体积比为1:1
‑
5:1的混合膜层；a
‑
e代表每层的四分之一参考波长光学厚度的系数。2.如权利要求1所述的超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜，其特征在于：a的取值为1.00～1.60，b的取值为1.70～2.30，c的取值为13.00～13.60，d的取值为12.70～13.30，e的取值为2.55～3.15。3.如权利要求2所述的超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜，其特征在于：a的取值为1.30～1.34，b的取值为1.98～2.02，c的取值为13.28～13.32，d的取值为12.98～13.02，e的取值为2.83～2.87。4.如权利要求1
‑
3任意一项所述的超低应力的8
‑
12μm红外宽带增透薄膜，其特征在于：aH为第一ZnSe层，bL为第一Yb
‑
A层，cH为第二ZnSe层，dL为第二Yb
‑
A层，eH为第三ZnSe层；第一ZnSe层的物理厚度为400
±
50nm，第一Yb
‑
A层的物理厚度为140
±
20nm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳佳，李全民，朱敏，吴玉堂，
申请(专利权)人：南京波长光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：