[发明专利]一种大角度入射红外硬质保护薄膜光学窗口

说明书

本发明属于光学薄膜技术领域，公开了一种大角度入射红外硬质保护薄膜窗口，通过在Si基底一面设计大角度入射红外减反射硬质保护薄膜，其中选择高硬度的Si₃N₄薄膜作为最外层保护薄膜，在另一面设计大角度入射红外减反射薄膜，能实现高透过率、高硬度(20GPa)、大角度工作范围(0°‑70°)的红外硬质保护薄膜窗口的设计。结果表明，本发明将大大提高红外硬质保护薄膜窗口在不同入射角度范围内的性能，对于大角度入射高性能红外硬质保护薄膜窗口的离子束溅射制备具有重要的作用。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，涉及一种大角度入射范围红外硬质保护薄膜光学窗口的设计，具体涉及一种工作波段3700-4800nm、工作角度0°-70°的新型红外硬质保护薄膜窗口设计。

背景技术

随着现代战争信息化、网络化、空天化的发展，战机和导弹等高速飞行器的红外探测成像装置的生存环境越来越恶劣。多功能一体化的红外光学窗口是红外探测成像技术发展中的瓶颈技术。为满足现代复杂、恶劣的战场环境中武器的应用需求，在对光学窗口材料性能筛选评测的基础上，必须通过使用光学薄膜技术提高光学窗口的大角度入射范围时的光学特性和力学防护特性。

现阶段，改进光学元件的大角度入射光学特性的方法主要是在元件表面制备高性能的大角度入射增透膜，目前的研究大多集中于60°以下的增透膜，对于入射角达到70°以上的增透膜未见报道。此外，当前的研究单一针对薄膜的光学特性进行优化，并没有结合薄膜的多功能性和稳定性提出合理的设计方案。

近年来，纳米复合膜和纳米多层膜是纳米结构薄膜中人们重点研究的两个方向，众多的科研工作者在实验方面做出了很多重要的贡献期待能够合成出性能优异的纳米薄膜材料。而由于无定形态的Si₃N₄是一种重要的结构材料，它具有硬度高、弹性模量大，本身具有润滑性，表面摩擦系数小、耐磨损等特点，所以常被用作耐磨材料。同时它还具有耐高温、热膨胀系数小、导热系数大、抗热震性好，以及耐腐蚀、抗氧化等优点。所以Si₃N₄薄膜在硬质保护薄膜方面具有很大的应用前景。

综上所述，目前关于高透过率、高硬度、大工作角度范围的红外硬质保护薄膜窗口的设计和制备还未见报道。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：设计一种大工作角度范围下高性能红外硬质保护薄膜窗口，通过采用在Si基底一面设计大角度入射红外减反射硬质保护薄膜，另一面设计大角度入射红外减反射薄膜，从而实现高透过率、高硬度、大工作角度范围的红外硬质保护薄膜窗口。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大角度入射红外硬质保护薄膜光学窗口，一种大角度入射红外硬质保护薄膜光学窗口，其包括：基底，基底一面形成有大角度入射红外硬质保护薄膜FilmA，膜系结构为Sub/(H L)^m M/Air，参考波长为λ₁，m为2～10，λ₁为1000nm～5000nm；基底另一面形成有大角度入射红外减反射薄膜Film B，膜系结构为Sub/(H L)^n/Air，参考波长为λ₂，n为2～10，λ₂为1000nm～5000nm；其中，大角度指入射角在0°～70°，H为高折射率薄膜材料，L为低折射率薄膜材料，M为硬质保护薄膜最外层薄膜材料。

本发明还提供一种大角度入射红外硬质保护薄膜光学窗口的制备方法，其包括以下步骤：

S1：确定基底、硬质保护薄膜最外层薄膜材料和高、低折射率薄膜材料；

S2：确定高低折射率薄膜材料和高硬度保护薄膜材料的光学常数；