[发明专利]一种红外双波段窗口保护膜及其制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种红外双波段窗口保护膜及其制造方法，属于光学薄膜技术领域，特别适用于共窗口光学系统。

背景技术：

随着光学系统设备和装置所处应用环境的变化，特别是高精光电系统正朝着多波段一体化方向发展，例如野外作业，特别是军事等领城，一些共窗口光学系统的应用越来越多，其中中波红外(3～5μm)与长波红外(8～12μm)共窗口的光学系统在制导、跟踪、警戒等领域的应用前景最为广阔。与单波段红外系统相比，双波段红外系统更容易区别近处小目标(如小鸟)与远处大目标，可防止激光器致盲，并显著提高红外系统在不同应用场合环境下的作用距离。

红外窗口是红外光学系统中唯一与外部恶劣环境相接触的光学零件，野外作业的光学窗口长期工作在高速或风砂、盐雾、海水等恶劣环境中，提高窗口抗恶劣环境损伤的能力是保证红外系统正常工作关键环节之一。常用的红外窗口材料锗、硅、硫化锌、硒化锌等均较软，抗恶劣环境损伤的能力差，如不镀膜，锗窗口在海洋环境下使用一个月后即可使系统的透过率降至0，使系统无法工作。此外，红外窗口材料的折射率较大，如不镀膜，外表面的反射损失将直接降低系统的技术指标。因此，在红外窗口表面镀制具有减反射效果的保护膜非常关键。常见的单波红外层保护膜是类金刚石膜(DLC)，类金刚石膜的折射率约为2，只能用于单波段红外窗口中，对于双波段红外窗口必须寻找另一种或几种不同折射率的保护膜材料，并将其与类金刚石膜组合使用，从而制成双波段红外窗口。

在已有的红外双波段窗口保护膜技术中，主要有以下几类：

1)红外减反射膜(AR)+类金刚石(DLC)结构：这种红外双波段窗口保护膜直接在双波段红外减反射膜外加镀一层类金刚石膜，在制备过程中，先使用电子束蒸发设备镀制减反射膜(AR)，然后再使用化学气相沉积(CVD)或溅射(Sputtering)设备镀制厚度在100nm以下的类金刚石膜。这种红外双波段窗口保护膜的优点是透过率较高，缺点是：

①保护效果差：由于只镀制了厚度小于100nm的硬膜(类金刚石膜)，膜的硬度不高，抗恶劣环境损伤的能力差；

②工艺流程复杂：工艺中需至少使用两种设备来镀制，工艺流程复杂。

2)磷化硼(BP)+类金刚石(DLC)结构：这种红外窗口保护膜采用化学气相法先在基体上沉积一层折射率为3左右的磷化硼(BP)膜，然后，在BP外表面沉积一层折射率为2左右的类金刚石膜。这种红外双波段窗口保护膜的优点是保护效果极佳，缺点是：

①透过率低：在中波红外和长波红外的平均透过率只能到80％；

②成本高、环保性差：BP膜在镀制过程中需使用硼烷和磷烷两种剧毒气体，处理不当会造成环境污染，设备固定投资和维护成本高。

3)碳化锗(GeC)+类金刚石(DLC)结构：这种红外窗口保护膜利用碳化锗膜折射率可变的特点进行膜系设计，采用化学气相沉积在窗口表面镀制高低折射率交替的碳化锗膜，然后在最后一层镀制类金刚石膜。这种保护膜的优点是：透过率较高，保护效果也较好。现有技术的缺点是：

①工艺重复性差：碳化锗膜采用化学气相沉积时，折射率控制稳定性差，从而直接影响工艺重复性；低折射率碳化锗膜采用溅射法镀制时，易导致因靶中毒太深而使碳化锗膜工艺失控；

②成本高、环保性差：碳化锗膜在镀制过程中需使用锗烷这种剧毒气体，处理不当时会造成环境污染，设备投资和维护成本高。

发明内容：

本发明的目的在于，解决已有技术中存在的相关问题并满足实际需求，提供了一种膜的硬度高、抗恶劣环境损伤的能力强、透光率高、及制造工艺简单、对环境无污染、成本低的一种红外双波段窗口保护膜及其制造方法。

本发明的一种红外双波段窗口保护膜的技术方案：它是一个由基体和在基体上依次附着至少一组中间保护组合膜及一个最外层保护膜组成的膜系；所述的中间保护组合膜由底层膜为碳化锗膜而上层膜为类金刚石膜组成，或由底层为类金刚石膜而上层膜为碳化锗膜组成；所述的最外层保护膜为类金刚石膜，它是在中间保护组合膜最上层膜上再叠加的类金刚石膜，或即是中间保护组合膜最上层的类金刚石上层膜。

所述的基体材料为锗；中间保护组合膜为1～6组，每组底层膜为碳化锗膜而上层膜为类金刚石膜，或每组底层膜为类金刚石膜而上层膜为碳化锗膜。

所述的基体材料为锗，中间保护组合膜为2组，每组底层膜为类金刚石膜而上层膜为碳化锗膜。

所述的基体材料为锗，中间保护组合膜为6组，每组底层膜为碳化锗膜而上层膜为类金刚石膜。