一种短波宽带截止中波透过膜设计及制备方法与流程

本发明属于真空镀膜领域，涉及一种红外窗口表面短波宽带截止中波透过膜设计及制备方法。

背景技术：

随着红外技术的不断发展，红外窗口薄膜在国防军事领域具有重要的作用。在红外探测系统中，需要提高红外波段透过率的前提下抑制非工作波段的透射光能量，从而降低噪声，提高光学系统的灵敏度。

技术实现要素：

本发明所采用的技术解决方案如下：

为了解决上述问题，本发明提供了一种短波宽带截止中波透过膜设计及制备方法，其包括如下步骤：

(1)膜系设计：

两面膜系结构均为sub/(aihbimcil)^m/air，m≥1，i＝1，2，…，m。

其中，h代表高折射率镀膜材料其折射率为3～5，m代表中等折射率镀膜材料其折射率为1.5～3，l代表低折射率镀膜材料其折射率为1～1.5，ai、bi和ci分别代表每层膜的光学厚度系数，其数值大小和参考波长λ有关，m为周期数，且0≤(aiλ)≤2000，0≤(biλ)≤3600，0≤(ciλ)≤12000；

(2)基片清洗：对待镀膜元件进行表面清洁；

(3)基片加热：对待镀膜元件进行真空烘烤加热；

(4)离子束清洗：对待镀膜元件进行离子束清洗；

(5)第一面膜系镀制：根据步骤(1)中的膜系结构，对待镀膜元件第一面各膜层依次镀制；

(6)第二面膜系镀制：待第一面膜系镀制完成后，取出元件，重复步骤(1)～(4)对第二面各膜层依次镀制。

所述，步骤(5)和(6)中所镀制的膜系结构如下：

第一面：sub/0.76h1.22m10.39l10.94h0.12m10.61l10.25h0.56m12.16l1/air；

第二面：sub/0.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m2/air；

其中，h代表高折射率镀膜材料ge，m1和m2分别代表中等折射率镀膜材料zns和al2o3，l1和l2分别代表低折射率镀膜材料mgf2和sio2。

所述，步骤(5)和(6)中所镀制的膜系结构如下：

第一面：sub/0.46h0.38m10.40l10.89h0.35m10.19l10.48h0.15m10.55l10.26h0.62m10.19l1/air；

第二面：sub/0.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m2/air；

其中h代表高折射率镀膜材料ge，m1和m2分别代表中等折射率镀膜材料zns和al2o3，l1和l2分别代表低折射率镀膜材料mgf2和sio2。

其膜层镀制备包括如下：

(a)ge膜层镀制：将ge膜料放在坩埚中，采用电子束蒸发的方法镀制，其本底真空度高于4×10^-3pa，沉积速率为

(b)zns膜层镀制：将zns膜料放到坩埚或钼舟中，采用电子束蒸发或电阻加热的方法进行镀制，其本底真空度高于4×10^-3pa，沉积速率为

(c)mgf2膜层镀制：将mgf2膜料放在坩埚中，采用电子束蒸发的方法镀制，其本底真空度高于4×10^-3pa，沉积速率为

(d)al2o3膜层镀制：将al2o3膜料放在坩埚中，采用电子束蒸发的方法镀制，其本底真空度高于4×10^-3pa，沉积速率为

(e)sio2膜层镀制：将sio2膜料放在坩埚中，采用电子束蒸发的方法镀制，其本底真空度高于4×10^-3pa，沉积速率为

本发明设计的有益效果是：

上述技术方案所提供的短波宽带截止中波透过膜设计及制备方法，通过膜系设计和工艺优化手段在红外窗口材料fga玻璃基片上实现短波宽带300nm-900nm平均透过率小于1％，中波3700nm-4800nm平均通过率大于93％。本发明第二面镀制的膜系由al2o3和sio2组成，有助于提高该红外窗口的机械性能和环境耐受性。环境试验表明本发明具有良好的机械强度及环境适应性。

附图说明

图1为本发明的实施流程图。

图2为本发明实施案例1短波宽带截止中波透过膜的理论光谱曲线。

图3为本发明实施案例1短波宽带截止中波透过膜的实测光谱曲线。

图4为本发明实施案例2短波宽带截止中波透过膜的理论光谱曲线。

图5为本发明实施案例2短波宽带截止中波透过膜的实测光谱曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参照图1所示，本实施案例基于红外窗口fga玻璃基片表面的短波宽带截止中波透过膜的设计及制备方法，其主要包括如下步骤：

(1)膜系设计：

两面膜系结构均为sub/(aihbimcil)^m/air，m≥1，i＝1，2，…，m。

其中，h代表高折射率镀膜材料其折射率为3～5，m代表中等折射率镀膜材料其折射率为1.5～3，l代表低折射率镀膜材料其折射率为1～1.5，ai、bi和ci分别代表每层膜的光学厚度系数，其数值大小和参考波长λ有关，m为周期数，且0≤(aiλ)≤2000，0≤(biλ)≤3600，0≤(ciλ)≤12000；

(2)基片清洗：对待镀膜元件进行表面清洁；

(3)基片加热：对待镀膜元件进行真空烘烤加热；

(4)离子束清洗：对待镀膜元件进行离子束清洗；

(5)第一面膜系镀制：根据步骤(1)中的膜系结构，对待镀膜元件第一面各膜层依次镀制；

(6)第二面膜系镀制：待第一面膜系镀制完成后，取出元件，重复步骤(2)～(4)对第二面各膜层依次镀制。

实施案例1

(1)确定膜系结构：

第一面：sub/0.76h1.22m10.39l10.94h0.12m10.61l10.25h0.56m12.16l1/air；

第二面：sub/0.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m2/air；

其中，h代表高折射率镀膜材料ge，m1和m2分别代表中等折射率镀膜材料zns和al2o3，l1和l2分别代表低折射率镀膜材料mgf2和sio2。

(2)基片清洗：用脱脂纱布蘸无水乙醇和石油醚的1:1混合液擦拭基片。

(3)清洁真空室，并将膜料放进坩埚或钼舟中。

(4)将清洁好的的基片放在镀膜夹具中，再将镀膜夹具放入真空室工件架上。

(5)打开真空系统，当真空度达到0.1pa时，打开烘烤，设置烘烤温度为180℃，并打开旋转，旋转电压为5v。

(6)使用离子源对镀膜元件进行离子清洗5min，离子束电压为150v，离子束流为6a；

(7)采用电子束蒸发的方法镀制ge，沉积速率为采用电子束蒸发镀制zns，沉积速率为采用电子束蒸发的方法镀制mgf2，沉积速率为然后按照(1)中膜系对待镀膜元件第一面各膜层依次镀制。

(8)重复(1)～(6)镀膜前的准备工作。

(9)采用电子束蒸发的方法镀制al2o3，沉积速率为采用电子束蒸发镀制sio2，沉积速率为按照(1)中膜系对待镀膜元件第二面各膜层依次镀制。

(10)镀膜结束后，等烘烤温度降到接近室温，打开真空室，取出镀膜元件。

实施案例2

(1)确定膜系结构：

第一面：sub/0.46h0.38m10.40l10.89h0.35m10.19l10.48h0.15m10.55l10.26h0.62m10.19l1/air；

第二面：sub/0.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m20.25l20.25m2/air；

其中，h代表高折射率镀膜材料ge，m1和m2分别代表中等折射率镀膜材料zns和al2o3，l1和l2分别代表低折射率镀膜材料mgf2和sio2。

(2)基片清洗：用脱脂纱布蘸无水乙醇和石油醚的1:1混合液擦拭基片。

(3)清洁真空室，并将膜料放进坩埚或钼舟中。

(4)将清洁好的的基片放在镀膜夹具中，再将镀膜夹具放入真空室工件架上。

(5)打开真空系统，当真空度达到0.1pa时，打开烘烤，设置烘烤温度为150℃，并打开旋转，旋转电压为5v。

(6)使用离子源对镀膜元件进行离子清洗5min，离子束电压为150v，离子束流为6a；

(7)采用电子束蒸发的方法镀制ge，沉积速率为采用电子束蒸发镀制zns，沉积速率为采用电子束蒸发的方法镀制mgf2，沉积速率为然后按照(1)中膜系对待镀膜元件第一面各膜层依次镀制。

(8)重复(1)～(6)镀膜前的准备工作。

(9)采用电子束蒸发的方法镀制al2o3，沉积速率为采用电子束蒸发镀制sio2，沉积速率为按照(1)中膜系对待镀膜元件第二面各膜层依次镀制。

(10)镀膜结束后，等烘烤温度降到接近室温，打开真空室，取出镀膜元件。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以进行若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。