[发明专利]近中红外光学波段大角度入射多波段高反射膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于镀制光学薄膜的方法，更具体地说，本发明是一种关于石英基底近红外(1.064um)和中红外(3um～5um)光学波段高质量大角度入射的多波段高反射膜的镀制方法。

背景技术

高反射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、太阳能电池以及大功率激光系统中。目前已有很多不同类型的高反射膜能满足光学和红外技术领域的部分实际应用。而更广泛的实际应用对高反射膜综合性能的要求不断提高。目前公知的应用非常广泛的高反射镀膜，一般都是使用金属(如金、银、铝等)或金属与介质材料或半导体材料(如硅、锗等)来进行高反射膜的镀制。由于红外使用条件所限，因此不能直接应用于激光和红外制导技术等特殊要求的光学设计，不能满足激光和红外制导中多波段高反射率的要求。

由于上述光学波段的高反射膜不仅要求膜层要非常牢固地镀制覆盖在一个石英光学玻璃基底上，还要具有防止在空气中继续潮解的保护功效，而且使用波段的入射角指标要求达到45°。然而现有技术中凡涉及红外的宽波段高反射膜可选用的红外膜料品种少，膜系设计和工艺难度很大。且目前现有的红外光学镀膜技术只能选用诸如：ZnS、ZnSe、YbF₃、LiF、MgF₂、ThF₄、BaF₂、AlF₃、CaF₂、Si和Ge等材料做镀膜材料，才能保证膜层牢固。常规膜层在潮湿环境中使用和放置，表面与空气水分的接触，高反膜的透过率和抗水能力会逐渐下降，膜层的抗激光损伤能力逐渐降低，不能在野外恶劣环境长久使用。

现代空间技术的迅速发展，使得红外光学仪器的应用越来越广泛，如红外成像传感器、红外激光器等。3um～5um波段是重要的大气窗口，也是红外探测器的主要工作区域，该波段激光对烟尘等恶劣环境穿透能力较强，因而红外光学薄膜对控制红外探测器的性能非常重要。红外光学薄膜的透过率/反射率和抗激光损伤阈值是系统设计的重要指标，因此，改进薄膜制备工艺，提高3um～5um波段透过率/反射率、抗激光损伤阈值和膜层牢固度是目前亟待解决的关键问题。

发明内容

为了克服目前常规高反射镀膜技术仅限于使用金属或金属+介质材料镀制红外波长范围的高反射膜的缺陷，本发明提供一种膜层坚硬牢固，性能优良，抗激光损伤能力强，野外恶劣环境使用长久，能够满足石英基底近红外和中红外光学波段高质量大角度入射的多波段高反射膜的制备方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：本发明提供的一种近中红外光学波段大角度入射多波段高反射膜的制备方法，其特征在于包括以下镀制工艺步骤：

(1)以G为石英玻璃材料为基底，L为Al₂O₃膜料，H为ZnS膜料，Air为折射率N_A＝1的空气介质，膜系参考波长λ_c＝800nm；以隔绝石英玻璃材料表面与空气水分接触的硬质防潮膜层，采用膜系设计公式：

G/0.2L1.3046H1.5386L1.3867H1.4427L1.4299H1.489L1.334H1.5283L1.4085H1.3947L1.4859H1.4534L1.3168H1.625L1.292H1.4612L4.2291H7.2759L4.2232H4.5239L4.307H7.1105L4.4724H5.6527L4.7646H6.5785L/Air计算每层膜的光学厚度值，并按光学厚度值顺序列表格，将上述H、L膜料依次放入镀膜机真空室的电子枪蒸发源坩锅内备用。

(2)在镀膜基底超声波清洗工艺中，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)在光学膜层粘接打底工艺和应力匹配工艺中，根据前述膜系设计公式计算出的各层膜的光学厚度值和表格顺序，将Al₂O₃和ZnS两种膜料依次放入旋转速率为100～120转/分钟的旋转电子枪蒸发源坩锅中，然后用光学真空镀膜机按所述步骤(1)的公式列表顺序和厚度值完成镀膜；

(5)在离子源辅助蒸镀工艺中，用离子源在镀膜前和镀膜过程中轰击基底，一直让其产生的离子束轰击基底到镀膜完成。

(6)在高低温退火工艺中，将镀完膜的球罩在真空室自然冷却到室温后进行退火处理。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。