一種紅外雙波段減反射膜膜系及其鍍制方法
2023-06-28 18:06:51
專利名稱：一種紅外雙波段減反射膜膜系及其鍍制方法
技術領域：
本發明屬於光學零件薄膜製造技術，涉及一種紅外雙波段減反射膜膜系及其鍍制方法。
背景技術：
常規光學系統僅使用3. 7 y m 4. 8 y m或7. 7 y m 10. 5 y m單波段膜層的光學零件，可選 擇的材料種類多，膜層鍍制工藝相對簡單，但不能用於共光路系統的光學儀器，所以造成儀 器體積龐大笨重，使用不便。若對3. 7um 4.8um和7. 7ym 10. 5ym兩波段均要求高透射 率，則膜層的設計與鍍制工藝均具有較大難度。鍍制3. 7 y m 4. 8 y m和7. 7 y m 10. 5 y m雙 波段膜層的光學零件適用於共光路系統的光學儀器，可減小儀器的體積與重量。尚未査找到 與本發明相同的鍍制3. 7 y m 4. 8 y m和7. 7 y m 10. 5 y m紅外雙波段減反射膜的報導。
發明內容
本發明的目的是為用於3. 7 y m 4. 8 y m和7. 7 y m 10. 5 y m共光路光學系統的光學零件 ，設計並鍍制出一種牢固度好、透射區域寬且透射率高的膜層。 為了達到上述目的，本發明的技術方案如下
一種紅外雙波段減反射膜膜系，該膜系由6層或8層膜組成，由6層膜組成時，由內到外 依次為Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbFij膜、ZnS膜，每層膜的光學厚度由內到外依次為 895nm、 306nm、 422nm、 1626nm、 770nm、 200nm;由8層膜組成時，由內到外依次為Ge膜、 ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbFij膜、ZnS膜，每層膜的光學厚度由內到外依次為 130nm、 20nm、 2650nm、 354nm、 384nm、 1520nm、 1120nm、 70nm。該膜系鍍制的基底材料為 鍺。
一種紅外雙波段減反射膜膜系，該膜系優選為，由6層膜組成，由內到外依次為Ge膜、 ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF;j膜、ZnS膜，每層膜的光學厚度由內到外依次為895nm、 306nm、 422nm、 1626nm、 770nm、 200nm。
一種在鍺基底表面鍍制3. 7 y m 4. 8 y m和7. 7 y m 10. 5 y m紅外雙波段減反射膜的方法 ，儀器設備需配置E型電子束蒸發源、電阻蒸發源、光學膜厚控制儀、石英晶體膜厚控制儀 、等離子體源、加熱烘烤裝置，工藝步驟如下
(1) 清潔被鍍零件，使用超聲波和/或清潔劑對鍺基底光學零件表面進行清潔處理；
(2) 烘烤基底，將被鍍零件夾持在夾具上放入高真空鍍膜設備中，抽真空到真空度為1X10—」Pa時，加熱基底到13(TC 16(TC，保溫1 2小時，啟動離子源清洗基底5 10分鐘， 關掉離子源；
(3) 鍍制Ge膜，鍺膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度為1X10—3Pa 5X10—3Pa， 澱積速率為O. 4nm/s 0. 6nm/s，控制膜厚895nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長2100nm ，極值過正法控制，工具因子為l時，停蒸點1.7;
(4) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度為l X 10—3Pa 5X 10—3Pa， 澱積速率為O. 7nm/s 1.0nm/s，控制膜厚306nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長1106nm ，極值過正法控制，工具因子為l時，停蒸點l.l;
(5) 鍍制Ge膜，鍺膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度為1X10—3Pa 5X10—3Pa， 澱積速率為O. 4nm/s 0. 6nm/s，控制膜厚422nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長2100nm ，極值過正法控制，工具因子為l時，停蒸點0.8;
(6) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度l X 10—3Pa 5X 10—3Pa， 澱積速率為O. 7nm/s 1.0nm/s，控制膜厚1626nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長 1585nm，極值過正法控制，工具因子為l時，停蒸點4. 1;
(7) 鍍制YbF3膜，YbF3膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度1X10—3Pa 5X10—3Pa， 澱積速率為O. 6nm/s 0. 8nm/s，控制膜厚770nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長1470nm ，極值過正法控制，工具因子為l時，停蒸點2. 1;
(8) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度l X 10—3Pa 5X 10—3Pa， 澱積速率為O. 7nm/s 1.0nm/s，控制膜厚200nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長728nm， 極值過正法控制，工具因子為l時，停蒸點l.l;
(9) 真空室冷卻至6(TC以下取出鍍制好膜系的光學零件。 本發明鍍制膜層的原理為在真空室的高真空氣氛中，電子槍產生的高能量電子束、電
阻蒸發源高功率將被鍍膜料加熱到蒸發狀態，蒸發出的膜料以分子形式朝真空室內各個方向 飛濺。飛濺到被鍍零件表面時，因溫度降低而附著，不斷附著的膜料分子逐漸形成薄膜，隨 著澱積時間的增加，膜層不斷加厚，當達到所要求的理想膜厚時，停止蒸鍍。膜層的厚度由 光學膜厚控制儀控制。
本發明的優點是1)採用多層非規整膜繫結構，鍍制的膜層減反射範圍寬，透射率高 ;2)採用離子源清潔基底表面，鍍制的膜層結合力好，光學特性優；3)鍍膜過程中，被鍍 零件隨夾具一起轉動，鍍制出的零件各部位厚度均勻一致。
具體實施方式
實施例l
採用本發明的優選膜繫結構，即三種膜料組成的六層非規整膜繫結構，該膜系從內到外 由六層膜組成，最內的第一層為Ge膜，其光學厚度為895nm，第二層為ZnS膜，其光學厚度為 306nm，第三層為Ge膜，其光學厚度為422nm，第四層為ZnS膜，其光學厚度為1626nm，第五 層為YbF3膜，其光學厚度為770nm，最外面的第六層為ZnS膜，其光學厚度為200nm。
採用本發明的鍍制方法，具體的工藝過程如下
1、 準備工作
1) 清潔真空室、鍍膜夾具、蒸發源擋板及離子源網柵；
2) 固定蒸發舟、將三種膜料分別裝填至要求的蒸發舟和坩堝內；
3) 更換石英晶體片和光控儀比較片；
4) 編寫鍍膜程序。
2、 清潔零件
1) 用三氧化二鉻拋光液復新鍺基底光學零件表面；
2) 用脫脂棉蘸醇醚混合液將零件表面清潔乾淨；
3) 裝入專用工裝夾具並儘可能快地裝入真空室內。
3、 鍍制膜層
關閉真空室門，啟動鍍膜程序開始鍍膜，工作步驟如下
1) 啟動抽氣系統，真空室內的氣體在不斷排出，當真空室真空度達到1X10—2 Pa時，開 啟加熱烘烤設備；
2) 加熱基底到15(TC，保溫時間l小時，起動離子源並使之工作正常，離子轟擊8分鐘， 關斷離子源；
3) 鍍制Ge膜，Ge膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度5X 10—3Pa，澱積速率 0.6nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度895nm，控制波長2100nm，極值過正法控制，工具因 子為1.1，停蒸點1.87;
4) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度5X 10—3Pa，澱積速率為 0.8nm/s，控制膜厚306nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長1106nm，極值過正法控制，工 具因子為1.05，停蒸點l.l;
5) 鍍制Ge膜，鍺膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度5X10—3Pa，澱積速率為 0.5nm/s，控制膜厚422nm，由光學厚度控制儀控制，控制波長2100nm，極值過正法控制，工 具因子l.l，停蒸點0.88;6) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度5X 10—卞a，澱積速率為 0.8nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度1626nm，控制波長1585nm，極值過正法控制，工具 因子1.05，停蒸點4. 3;
7) 鍍制YbF3膜，YbF3膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度5X10—3Pa，澱積速率為 0.8nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度770nm，控制波長1470nm，極值過正法控制，工具因 子1.08，停蒸點2. 2;
8) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度5X 10—3Pa，澱積速率為 0.8nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度200nm，控制波長728nm，極值過正法控制，工具因 子1.05，停蒸點l.l;
9) 真空室冷卻至6(TC以下取出鍍制好膜系的光學零件。 實施例2
採用本發明的優選膜繫結構、鍍制方法鍍制，具體的工藝過程如下
1、 準備工作
1) 清潔真空室、鍍膜夾具、蒸發源擋板及離子源網柵；
2) 固定蒸發舟、將三種膜料分別裝填至要求的蒸發舟和坩堝內；
3) 更換石英晶體片和光控儀比較片；
4) 編寫鍍膜程序。
2、 清潔零件
1) 用三氧化二鉻拋光液復新鍺基底光學零件表面；
2) 用脫脂棉蘸醇醚混合液將零件表面清潔乾淨；
3) 裝入專用工裝夾具並儘可能快地裝入真空室內。
3、 鍍制膜層
關閉真空室門，啟動鍍膜程序開始鍍膜，工作步驟如下
1) 啟動抽氣系統，真空室內的氣體在不斷排出，當真空室真空度達到1X10—2 Pa時，開 啟加熱烘烤設備；
2) 加熱基底到13(TC，保溫時間2小時，起動離子源並使之工作正常，離子轟擊5分鐘， 關斷離子源；
3) 鍍制Ge膜，Ge膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度3X 10—3Pa，澱積速率 0.4nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度895nm，控制波長2100nm，極值過正法控制，工具因 子為1.05，停蒸點1.78;4) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度3X 10—卞a，澱積速率為 0.7nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度306nm，控制波長1106nm，極值過正法控制，工具因 子為1.08，停蒸點1.18;
5) 鍍制Ge膜，鍺膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度3X10—3Pa，澱積速率為 0.4nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度422nm，控制波長2100nm，極值過正法控制，工具因 子1.05，停蒸點O. 84;
6) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度3X 10—3Pa，澱積速率為 0.7nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度1626nm，控制波長1585nm，極值過正法控制，工具 因子1.0S，停蒸點4.42;
7) 鍍制YbF3膜，YbF3膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度3X10—3Pa，澱積速率為 0.6nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度770nm，控制波長1470nm，極值過正法控制，工具因 子1.05，停蒸點2. 2;
8) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度3X 10—3Pa，澱積速率為 0.7nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度200nm，控制波長728nm，極值過正法控制，工具因 子l.l，停蒸點1.2;
9) 真空室冷卻至6(TC以下取出鍍制好膜系的光學零件。 實施例3
採用本發明的優選膜繫結構、鍍制方法鍍制，具體的工藝過程如下
1、 準備工作
1) 清潔真空室、鍍膜夾具、蒸發源擋板及離子源網柵；
2) 固定蒸發舟、將三種膜料分別裝填至要求的蒸發舟和坩堝內；
3) 更換石英晶體片和光控儀比較片；
4) 編寫鍍膜程序。
2、 清潔零件
1) 用三氧化二鉻拋光液復新鍺基底光學零件表面；
2) 用脫脂棉蘸醇醚混合液將零件表面清潔乾淨；
3) 裝入專用工裝夾具並儘可能快地裝入真空室內。
3、 鍍制膜層
關閉真空室門，啟動鍍膜程序開始鍍膜，工作步驟如下
l)啟動抽氣系統，真空室內的氣體在不斷排出，當真空室真空度達到1X10—2 Pa時，開
8啟加熱烘烤設備；
2) 加熱基底到16(TC，保溫時間l小時，起動離子源並使之工作正常，離子轟擊10分鐘， 關斷離子源；
3) 鍍制Ge膜，Ge膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度l X 10—3Pa，澱積速率
0. 5nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度895nm，控制波長2100nm，極值過正法控制，工具因 子為1.08，停蒸點1.84;
4) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度l X 10—3Pa，澱積速率為 1.0nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度306nm，控制波長1106nm，極值過正法控制，工具因 子為l.l，停蒸點1.21;
5) 鍍制Ge膜，鍺膜料由電子束蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度1X10—3Pa，澱積速率為 0.6nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度422nm，控制波長2100nm，極值過正法控制，工具因 子1.08，停蒸點O. 86;
6) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度l X 10—3Pa，澱積速率為 1.0nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度1626nm，控制波長1585nm，極值過正法控制，工具 因子l.l，停蒸點4. 5;
7) 鍍制YbF3膜，YbF3膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度1X10—3Pa，澱積速率為 0.7nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度770nm，控制波長1470nm，極值過正法控制，工具因 子l.l，停蒸點2.3;
8) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料由電阻蒸發源蒸鍍，蒸鍍時真空度l X 10—3Pa，澱積速率為 1.0nm/s，光學厚度控制儀控制膜層厚度200nm，控制波長728nm，極值過正法控制，工具因 子l. 08，停蒸點l. 18;
9) 真空室冷卻至6(TC以下取出鍍制好膜系的光學零件。
在鍍膜過程中，由光學膜厚控制儀控制膜層的光學厚度，監控片澱積的膜層厚度與零件 澱積的膜層厚度會存在差異，二者的比值稱之為工具因子，此比值需通過工藝試驗確定。
三種鍍制好膜層的光學零件各項特性指標均滿足要求，在3. 7 y m 4. 8 y m和7. 7 y m 10.5um兩個波段範圍，膜層的平均透射率大於98%，膜層的附著力及環境適應性均滿足光學 薄膜國家軍用標準GJB2485-95規定的要求。
權利要求
1.一種紅外雙波段減反射膜膜系，其特徵在於，該膜系由6層或8層膜組成，由6層膜組成時，由內到外依次為Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每層膜的光學厚度由內到外依次為895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm；由8層膜組成時，由內到外依次為Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每層膜的光學厚度由內到外依次為130nm、20nm、2650nm、354nm、384nm、1520nm、1120nm、70nm。
2.根據權利要求l所述的紅外雙波段減反射膜膜系，其特徵在於，該 膜系優選為，由6層膜組成，由內到外依次為Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、^t&膜、ZnS膜 ，每層膜的光學厚度由內到外依次為895nm、 306nm、 422nm、 1626nm、 770nm、 200nm。
3.根據權利要求1或2所述的紅外雙波段減反射膜膜系，其特徵在於 ，該膜系鍍制的基底材料為鍺。
4. 一種鍍制紅外雙波段減反射膜膜系的方法，其特徵在於，工藝步驟如下(1)(2) 2小時，(3) 0.6nm/s，(4) 1.Onm/s ，(5) 0.6nm/s，(6) 1.Onm/s ，清潔被鍍零件，對鍺基底光學零件表面進行清潔處理；烘烤基底，真空度達到1><1，&時，加熱被鍍零件基底到13(TC 16(rC，保溫l 啟動離子源清洗基底5 10分鐘，關掉離子源；鍍制Ge膜，鍺膜料蒸鍍時真空度1><10—卞&~5><10，& 5><10，&，澱積速率為O. 4nm/s 控制膜厚422nm;鍍制ZnS膜，ZnS膜料蒸鍍時真空度iXW，a^X10， 澱積速率為O. 7nm/s 控制膜厚1626nm;(7) 鍍制^Fs膜，^Fs膜料蒸鍍時真空度工XiO，a 5X^，a，澱積速率為O. 6皿/s 0.8nm/s，控制膜厚770nm;(8) 鍍制ZnS膜，ZnS膜料蒸鍍時真空度iX^"Pa 5XW，a，澱積速率為O. 7nm/s 1.0nm/s，控制膜厚200nm;(9) 真空室冷卻至6(TC以下取出鍍制好膜系的光學零件。
全文摘要
本發明公開了一種紅外雙波段減反射膜膜系及其鍍制方法，屬於光學薄膜製造技術。本發明膜系由六層或八層膜組成，優選為六層膜組成，由內到外依次為Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每層膜的光學厚度由內到外依次為895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm。本發明的鍍制方法為首先清潔被鍍零件，之後烘烤基底，再依次鍍制Ge膜、ZnS膜等膜層。採用本發明的膜系和鍍制方法得到的光學零件在3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm兩個波段範圍的透射率大於98％，膜層的附著力及環境適應性滿足光學薄膜國家軍用標準GJB2485-95規定的要求。
文檔編號G02B1/10GK101620280SQ20091030384
公開日2010年1月6日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者劉鳳玉 申請人:中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所