[发明专利]大尺寸蓝宝石基底多光谱硬质增透膜及其制备方法

说明书

本发明公开了及一种大尺寸蓝宝石基底多光谱硬质增透膜及其制备方法。由下至上依次为蓝宝石基片、应力匹配层、氧化物材质多层增透膜系和硬质耐磨保护层；所述氧化物材质多层增透膜系由高/低折射率材料交替镀制而成，且采用离子束辅助沉积。高折射率材料选用Ti₃O₅或ZrO₂或Ta₂O₅，低折射率材料选用SiO₂。本发明采用常规的氧化物膜层材料，所涉及的工艺方法易于移植，使得大尺寸蓝宝石窗口多光谱硬质增透膜的镀膜成膜品质不再强烈依赖镀膜机硬件状态，膜层光学性能与机械物理性能均能得到实质性提升。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种大尺寸蓝宝石基底多光谱硬质增透膜及其制备方法。

背景技术

蓝宝石光学材料因其优越的物理性能(高硬度、高抗弯强度、抗风砂、耐腐蚀以及良好的光学性能)被广泛应用于潜艇光电桅杆、陆基光电对抗装备、机载光电吊舱、大型运输机可视窗口、导弹头罩等军用技术领域，在军用装备轻量化、抗冲击及环境适应性等方面具有独特的优势。近年来，随着军用光电装备不断地向大角度、多方位探测一体化方向发展的趋势，大尺寸蓝宝石光窗(尤其是空间多维角度立体光窗)的应用逐步得到凸显，特别是应用于新一代舰载多功能集成一体化综合光频装备、高速战机与导弹等飞行器的雷达和光电传感器部件上，具有显著的军用价值。2000年以来，随着蓝宝石晶体生长方法的不断改进及其新工艺的涌现(如EFG导模法、KY泡生法等)，这使得低应力大尺寸(一般为400mm*300mm或直径350mm以上)蓝宝石晶体在工程化上的应用已逐步成为现实。

然而，大尺寸蓝宝石在实际应用过程中还是表现出一些这样或那样的技术难题：一是蓝宝石材料在中波4.0μm波段以上就表现出不同程度的晶格振动吸收，而且下降幅度与厚度明显相关，这在一定程度上限制了蓝宝石在红外波段上的应用；二是作为多光谱硬质保护窗口，不仅要求其光学性能良好，而且膜层需致密、牢固、抗磨损，同时还应具备一定程度的抗激光损伤阈值水平，从而满足军用光电装备的实际应用需求。事实上，大面积成膜后薄膜内部应力的横向累积效应显著，加之恶劣的温度冲击与高湿环境，往往容易导致膜层的有效使用寿命明显下降，甚至膜层吸潮后导致腐蚀斑、龟裂、脱落。因此，在大尺寸蓝宝石基底上镀制高性能窗口保护膜，必须着力解决好上述实际难题。

基于此，针对大尺寸蓝宝石窗口可见光/激光/中红外多光谱硬质增透膜的研制，有必要开发出一种新的膜系结构及其制备方法，以克服上述诸多缺陷并实现工程化应用。

发明内容

本发明目的在于针对大尺寸的蓝宝石基底上镀制多光谱硬质增透膜，具体解决恶劣使用环境下的大尺寸蓝宝石窗口膜层失效的技术问题。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

大尺寸蓝宝石基底多光谱硬质增透膜，由下至上依次为蓝宝石基片、应力匹配层、氧化物材质多层增透膜系和硬质耐磨保护层；

其中，所述氧化物材质多层增透膜系由高/低折射率材料交替镀制而成，且采用离子束辅助沉积。

按上述方案，所述应力匹配层采用高纯Al₂O₃真空热蒸发而成，并采用离子束辅助沉积使得应力匹配层表现为张应力状态，厚度在30-80nm。

按上述方案，高折射率材料选用Ti₃O₅或ZrO₂或Ta₂O₅，低折射率材料选用SiO₂。

按上述方案，在镀制低折射率材料SiO₂的过程中，通过控制反应气体氧气的流量使得最终成膜后的化学式量中O/Si比范围为1.30～2.0。