[发明专利]一种水下耐压光学窗口增透膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种水下耐压光学窗口增透膜的制备方法，包括以下步骤：(1)基片钢化：对待镀膜光学件进行化学钢化，通过表面层的离子交换过程，增强光学件的抗弯强度和抗冷热冲击能力；(2)镀膜前准备；(3)电子束蒸发镀制多层增透膜；(4)后处理：保持真空降温至100℃，放气取出零件，然后放入高温洁净有氧退火炉中退火处理。本发明制备的光学窗口不仅大幅提升了抗冷热温度冲击和静水压力能力，其光学膜层的微观缺陷也有效减少(可对比缺陷较多的膜层在较高静水压力下会呈现出满面明显的白色点状物，为膜层中微观缺陷在水压下坍塌破裂所致)，提升了光学窗口在(海)水下环境的适应性。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种水下耐压光学窗口增透膜的制备方法。

背景技术

(海)水下(潜用)光电探测、成像等设备的广泛应用对水下光学窗口的需求越来越高，而改变光学窗口物理特性，提高窗口光学性能的外表面膜系更成为提高光电设备整体性能的关键要素之一。

当前水下窗口基底主要为K9和蓝宝石材料等，其未镀膜时窗口透过率分别为92％和86％，为进一步提高光学窗口在可见光、近红外甚至是多光谱波段的透过率，则需要在窗口表面镀制增透膜系。但不同于其他环境使用的光学窗口，水下光学窗口的使用环境更复杂：窗口膜不仅需要通过高低温、湿热，盐雾等环境试验，还需要承受海水的长时间侵蚀和深海的高强度水压，同时能在一段时间内防止水中微生物滋生，以便待到规定的周期内进行维护与更新。

根据上述实际要求，窗口膜必须具备以下特征：附着力好，耐摩擦，高致密(减少海水与水汽侵蚀膜层内部，同时降低微生物附着滋生概率)，微观缺陷少(微米量级的缺陷点就会在高强度水压下崩塌，且损伤会慢慢扩散)。针对水下光学窗口增透保护膜的研制，有必要开发出一种新的膜系结构及其制备方法，以解决上述诸多问题并实现工程化应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种水下耐压光学窗口增透膜的制备方法，所得增透膜兼顾光学性能的同时，满足水下环境的使用需求；不仅能长时间承受海水侵蚀，承受高强度水压，还有极高的附着力和耐摩擦能力。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种水下耐压光学窗口增透膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)基片钢化：对待镀膜光学件进行化学钢化，通过表面层的离子交换过程，增强光学件的抗弯强度和抗冷热冲击能力；

(2)镀膜前准备：万级洁净环境，室温25℃±2℃，湿度40％±10％；镀膜工装喷砂处理，清洗后120℃彻底烘干待用；镀膜机护板、腔室、挡板、支架、电子枪坩埚区域清理或更换清洁备件，离子源栅网和中和器清洁后无零件状态运行10分钟以上；SiO₂和Ta₂O₅膜料均采用99.99％及以上纯度，Ta₂O₅采用穴位坩埚，填料后均预融待用；钢化的光学件用氧化铈抛光液粗略擦拭一遍，然后用有机溶剂精擦，目视检查无残留污染物后装入镀膜工装，再移至镀膜机中；放入光学件前，真空腔室预抽真空待用；

(3)电子束蒸发镀制多层增透膜：加热至250℃，并恒温至少80分钟，同时本底真空抽至8×10^-4Pa；开启离子源轰击镀膜面，加速电压1000V，加速电流1000mA，清洗3分钟；依据膜系结构设计设置各膜层物理厚度，依次镀制高低折射率膜层；

(4)后处理：在整个膜系镀制完后，保持真空，降低离子束能量进行膜系表面处理；保持真空降温至100℃，放气取出零件，然后放入高温洁净有氧退火炉中退火处理。

按上述方案，步骤(1)所述化学钢化过程具体如下：

将熔盐和待镀膜光学件在炉内分别以5℃/min速率升温至440℃，将光学件浸入熔盐恒温50h取出，并以3℃/min速率冷却至常温；熔盐配方为：硝酸钾、硅酸钾、硅藻土按质量比100:5:10。