[实用新型]一种用于红外镜头的复合层红外薄膜

说明书

技术领域

本实用新型属于光学薄膜领域，具体地说是用陶瓷材料和廉价元素锗结合的复合层红外薄膜，以改善红外薄膜的性能。

背景技术

在本实用新型提出之前，红外薄膜已经在工业、医疗和军事等许多领域中广泛应用。最常见的应用之一就是在红外热像仪的镜头上必须有红外薄膜。人们为了提高镜头的透过率从而提高红外热像仪的灵敏度，必须在镜头的两个表面镀红外全透薄膜(即透过率接近100％)。光学理论和实践都表明，红外光学薄膜无论是透过率为100％的全透薄膜，还是根据需要而部分透光的薄膜，一般是由两种或两种以上的具有不同折射率的红外薄膜材料，即高折射率和低折射率的材料，经过真空镀膜的方式沉积在红外基体材料上而制备出来的。因此红外镜头存在着基体材料和两种或两种以上的薄膜材料的组合问题，材料组合和其与基体材料结合的牢固性决定了红外镜头的水平。目前中远红外波段指5到15μm波长范围的红外薄膜由于薄膜材料的组合和其结合的牢固性等问题，普遍存在薄膜容易脱落、使用寿命短、薄膜硬度低不能在风沙环境下长时间工作、遇到海风或海水环境和遇到高湿热和腐蚀性环境无法使用等一系列问题。主要原因是：目前所采用的薄膜材料有氟化物例如BaF2、半导体如ZnS、和碱金属氧化物如CaO、MgO，这些材料一般硬度不高、稳定性也不够高。以上用最有代表性例子红外热像仪说明了红外薄膜的重要意义和目前红外薄膜存在的问题。实际红外薄膜的应用领域是比较多，红外热像仪只是其中之一。

实用新型内容

针对原有红外薄膜存在的缺点，本实用新型的目的是提供陶瓷材料和Ge组合的红外薄膜。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：陶瓷材料和Ge组合的复合层结构的红外薄膜，其具体复合结构是在红外镜头基体的两个表面依次布置一层低折射率的陶瓷薄膜，一层高折射的Ge薄膜，再一层低折射率的陶瓷薄膜，再一层高折射率的Ge薄膜，最外层是低折射率的陶瓷薄膜。

本实用新型所述的一种用于红外镜头的复合层红外薄膜，在于布置在红外镜头基体上的低折射率陶瓷薄膜是HfO₂、TiO₂、Y₂O₃、和Gd₂O₃中的一种与Ge的组合或者两种以及两种以上的材料与Ge组合的复合层。

本实用新型所述的一种用于红外镜头的复合层红外薄膜，在于陶瓷薄膜与Ge组合的复合层为3层、5层、7层、9层或更多的奇层数。

本实用新型的优越性是这种陶瓷材料和Ge组合的薄膜与基体结合牢固，不容易脱落；化学和物理性能稳定、使用寿命长。

附图说明

图1本实用新型复合层红外薄膜布置结构示意图。

如图1的基本结构。一般以全透薄膜为目标的镜头，镜头的两个表面的薄膜是相同的，所以本说明书只阐述一个表面的薄膜。

在图1中，(1)是红外光学镜片的基体材料，(2)是一层低折射率陶瓷材料的薄膜，(3)是一层高折射率的Ge薄膜，(4)是一层低折射率陶瓷材料的薄膜，这一层薄膜材料可以与第一层薄膜材料相同，也可以不同，即折射率可以相同也可以不同，(5)是一层高折射率的Ge薄膜，(6)是一层低折射率陶瓷材料的薄膜。

在图1的结构中，共采用了5层薄膜。事实上，根据不同的需要这种薄膜结构是多层结构，可以是3层到9层甚至更多层，薄膜材料的组合是四种陶瓷材料HfO₂、TiO₂、Y₂O₃、和Gd₂O₃中的一种材料与Ge的组合或者两种以及两种以上的材料与Ge的组合。但是人们总希望在满足要求的情况下层数越少越好，材料也越少越好。通常通过计算机优化设计得到具体设计结果，然后再根据实际制备的测量数据予以修正最终制定成品的薄膜生产工艺。

在图1的结构中，红外光学镜片的基体材料(1)有下列几种：Si、Ge、ZnS、ZnSe、GaAs等等。对于具体镜头选用其中一种。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例子如下：

一个直径100mm、焦距F＝100mm的Ge镜片，要求能在波长范围8-12μm的红外热像仪上使用，其两个表面需要镀8-12μm波长范围的红外全透薄膜，即镀完红外薄膜以后在8-12μm波长范围镜片的透过率接近100％。因为两个表面的镀膜工艺相同，所以这里只描述一个表面的镀膜过程和工艺。具体镀膜过程如下：先在表面镀一层Y₂O₃薄膜，该层薄膜的光学厚度为0.3898μm；再在Y₂O₃薄膜上面镀一层Ge薄膜，该层薄膜的光学厚度为1.0038μm；然后在Ge薄膜的上面镀一层Y₂O₃薄膜，该层薄膜的光学厚度为2.4505μm。这样一个表面的薄膜就制备完毕，总共镀了3层薄膜。再翻面重复刚才所描述的工艺过程，整个镜片就制备完成。这样镀制的镜片就满足在8-12μm波长范围镜片的透过率接近100％的技术要求。同时具有薄膜与基体结合牢固，不容易脱落；化学和物理性能稳定、使用寿命长；薄膜硬度高能在风沙环境下长时间工作、遇到海风或海水环境和遇到高湿热和腐蚀性环境还能正常使用等多方面的优点。