一种红外双波段减反射膜膜系及其镀制方法

摘要

本发明公开了一种红外双波段减反射膜膜系及其镀制方法，属于光学薄膜制造技术。本发明膜系由六层或八层膜组成，优选为六层膜组成，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm。本发明的镀制方法为首先清洁被镀零件，之后烘烤基底，再依次镀制Ge膜、ZnS膜等膜层。采用本发明的膜系和镀制方法得到的光学零件在3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm两个波段范围的透射率大于98％，膜层的附着力及环境适应性满足光学薄膜国家军用标准GJB2485-95规定的要求。

权利要求

1.一种红外双波段减反射膜膜系，其特征在于，该膜系由6层或8层膜组成，由6层膜组成时，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm；由8层膜组成时，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为130nm、20nm、2650nm、354nm、384nm、1520nm、1120nm、70nm。

2.根据权利要求1所述的红外双波段减反射膜膜系，其特征在于，该膜系为，由6层膜组成，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm。

3.根据权利要求1或2所述的红外双波段减反射膜膜系，其特征在于，该膜系镀制的基底材料为锗。

4.一种镀制红外双波段减反射膜膜系的方法，其特征在于，工艺步骤如下：（1）清洁被镀零件，对锗基底光学零件表面进行清洁处理；

-2

（2）烘烤基底，真空度达到1×10 Pa时，加热被镀零件基底130℃~160℃，保温1～2小时，启动离子源清洗基底5～10分钟，关掉离子源；

-3 -3

（3）镀制Ge膜，锗膜料蒸镀时真空度1×10 Pa~5×10 Pa，淀积速率为0.4nm/s～

0.6nm/s，控制膜厚895nm；

-3 -3

（4）镀制ZnS膜，ZnS膜料蒸镀时真空度1×10 Pa~5×10 Pa，淀积速率为0.7nm/s～

1.0nm/s，控制膜厚306nm；

-3 -3

（5）镀制Ge膜，锗膜料蒸镀时真空度1×10 Pa~5×10 Pa，淀积速率为0.4nm/s～

0.6nm/s，控制膜厚422nm；

-3 -3

（6）镀制ZnS膜，ZnS膜料蒸镀时真空度1×10 Pa~5×10 Pa，淀积速率为0.7nm/s～

1.0nm/s，控制膜厚1626nm；

-3 -3

（7）镀制YbF3膜，YbF3膜料蒸镀时真空度1×10 Pa~5×10 Pa，淀积速率为0.6nm/s～

0.8nm/s，控制膜厚770nm；

-3 -3

（8）镀制ZnS膜，ZnS膜料蒸镀时真空度1×10 Pa~5×10 Pa，淀积速率为0.7nm/s～

1.0nm/s，控制膜厚200nm；

（9）真空室冷却至60℃以下取出镀制好膜系的光学零件。

说明书

一种红外双波段减反射膜膜系及其镀制方法

技术领域

[0001] 本发明属于光学零件薄膜制造技术，涉及一种红外双波段减反射膜膜系及其镀制方法。

背景技术

[0002] 常规光学系统仅使用3.7μm～4.8μm或7.7μm～10.5μm单波段膜层的光学零件，可选择的材料种类多，膜层镀制工艺相对简单，但不能用于共光路系统的光学仪器，所以造成仪器体积庞大笨重，使用不便。若对3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm两波段均要求高透射率，则膜层的设计与镀制工艺均具有较大难度。镀制3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm双波段膜层的光学零件适用于共光路系统的光学仪器，可减小仪器的体积与重量。尚未查找到与本发明相同的镀制3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm红外双波段减反射膜的报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为用于3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm共光路光学系统的光学零件，设计并镀制出一种牢固度好、透射区域宽且透射率高的膜层。

[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

[0005] 一种红外双波段减反射膜膜系，该膜系由6层或8层膜组成，由6层膜组成时，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm；由8层膜组成时，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为130nm、20nm、2650nm、354nm、384nm、1520nm、1120nm、70nm。该膜系镀制的基底材料为锗。

[0006] 一种红外双波段减反射膜膜系，该膜系优选为，由6层膜组成，由内到外依次为Ge膜、ZnS膜、Ge膜、ZnS膜、YbF3膜、ZnS膜，每层膜的光学厚度由内到外依次为895nm、306nm、422nm、1626nm、770nm、200nm。

[0007] 一种在锗基底表面镀制3.7μm～4.8μm和7.7μm～10.5μm红外双波段减反射膜的方法，仪器设备需配置E型电子束蒸发源、电阻蒸发源、光学膜厚控制仪、石英晶体膜厚控制仪、等离子体源、加热烘烤装置，工艺步骤如下：

[0008] (1)清洁被镀零件，使用超声波和/或清洁剂对锗基底光学零件表面进行清洁处理；

[0009] (2)烘烤基底，将被镀零件夹持在夹具上放入高真空镀膜设备中，抽真空到真空度-2为1×10 Pa时，加热基底到130℃～160℃，保温1～2小时，启动离子源清洗基底5～10分钟，关掉离子源；

[0010] (3)镀制Ge膜，锗膜料由电子束蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度为1×10-3Pa～-35×10 Pa，淀积速率为0.4nm/s～0.6nm/s，控制膜厚895nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长2100nm，极值过正法控制，工具因子为1时，停蒸点1.7；

[0011] (4)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度为1×10-3Pa～-35×10 Pa，淀积速率为0.7nm/s～1.0hm/s，控制膜厚306nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长1106nm，极值过正法控制，工具因子为1时，停蒸点1.1；

[0012] (5)镀制Ge膜，锗膜料由电子束蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度为1×10-3Pa～-35×10 Pa，淀积速率为0.4nm/s～0.6nm/s，控制膜厚422nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长2100nm，极值过正法控制，工具因子为1时，停蒸点0.8；

[0013] (6)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度1×10-3Pa～-35×10 Pa，淀积速率为0.7nm/s～1.0hm/s，控制膜厚1626nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长1585nm，极值过正法控制，工具因子为1时，停蒸点4.1；

[0014] (7)镀制YbF3膜，YbF3膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度1×10-3Pa～-35×10 Pa，淀积速率为0.6nm/s～0.8nm/s，控制膜厚770nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长1470nm，极值过正法控制，工具因子为1时，停蒸点2.1；

[0015] (8)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度1×10-3Pa～-35×10 Pa，淀积速率为0.7nm/s～1.0hm/s，控制膜厚200nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长728nm，极值过正法控制，工具因子为1时，停蒸点1.1；

[0016] (9)真空室冷却至60℃以下取出镀制好膜系的光学零件。

[0017] 本发明镀制膜层的原理为：在真空室的高真空气氛中，电子枪产生的高能量电子束、电阻蒸发源高功率将被镀膜料加热到蒸发状态，蒸发出的膜料以分子形式朝真空室内各个方向飞溅。飞溅到被镀零件表面时，因温度降低而附着，不断附着的膜料分子逐渐形成薄膜，随着淀积时间的增加，膜层不断加厚，当达到所要求的理想膜厚时，停止蒸镀。膜层的厚度由光学膜厚控制仪控制。

[0018] 本发明的优点是：1)采用多层非规整膜系结构，镀制的膜层减反射范围宽，透射率高；2)采用离子源清洁基底表面，镀制的膜层结合力好，光学特性优；3)镀膜过程中，被镀零件随夹具一起转动，镀制出的零件各部位厚度均匀一致。

具体实施方式

[0019] 实施例1

[0020] 采用本发明的优选膜系结构，即三种膜料组成的六层非规整膜系结构，该膜系从内到外由六层膜组成，最内的第一层为Ge膜，其光学厚度为895nm，第二层为ZnS膜，其光学厚度为306nm，第三层为Ge膜，其光学厚度为422nm，第四层为ZnS膜，其光学厚度为1626nm，第五层为YbF3膜，其光学厚度为770nm，最外面的第六层为ZnS膜，其光学厚度为
200nm。

[0021] 采用本发明的镀制方法，具体的工艺过程如下：

[0022] 1、准备工作

[0023] 1)清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源网栅；

[0024] 2)固定蒸发舟、将三种膜料分别装填至要求的蒸发舟和坩埚内；

[0025] 3)更换石英晶体片和光控仪比较片；

[0026] 4)编写镀膜程序。

[0027] 2、清洁零件

[0028] 1)用三氧化二铬抛光液复新锗基底光学零件表面；

[0029] 2)用脱脂棉蘸醇醚混合液将零件表面清洁干净；

[0030] 3)装入专用工装夹具并尽可能快地装入真空室内。

[0031] 3、镀制膜层

[0032] 关闭真空室门，启动镀膜程序开始镀膜，工作步骤如下：

[0033] 1)启动抽气系统，真空室内的气体在不断排出，当真空室真空度达到1×10-2Pa时，开启加热烘烤设备；

[0034] 2)加热基底到150℃，保温时间1小时，起动离子源并使之工作正常，离子轰击8分钟，关断离子源；

[0035] 3)镀制Ge膜，Ge膜料由电子束蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度5×10-3Pa，淀积速率0.6nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度895nm，控制波长2100nm，极值过正法控制，工具因子为1.1，停蒸点1.87；

[0036] 4)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度5×10-3Pa，淀积速率为0.8nm/s，控制膜厚306nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长1106nm，极值过正法控制，工具因子为1.05，停蒸点1.1；

[0037] 5)镀制Ge膜，锗膜料由电子束蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度5×10-3Pa，淀积速率为0.5nm/s，控制膜厚422nm，由光学厚度控制仪控制，控制波长2100nm，极值过正法控制，工具因子1.1，停蒸点0.88；

[0038] 6)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度5×10-3Pa，淀积速率为0.8nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度1626nm，控制波长1585nm，极值过正法控制，工具因子1.05，停蒸点4.3；

[0039] 7)镀制YbF3膜，YbF3膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度5×10-3Pa，淀积速率为0.8nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度770nm，控制波长1470nm，极值过正法控制，工具因子1.08，停蒸点2.2；

[0040] 8)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度5×10-3Pa，淀积速率为0.8nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度200nm，控制波长728nm，极值过正法控制，工具因子1.05，停蒸点1.1；

[0041] 9)真空室冷却至60℃以下取出镀制好膜系的光学零件。

[0042] 实施例2

[0043] 采用本发明的优选膜系结构、镀制方法镀制，具体的工艺过程如下：

[0044] 1、准备工作

[0045] 1)清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源网栅；

[0046] 2)固定蒸发舟、将三种膜料分别装填至要求的蒸发舟和坩埚内；

[0047] 3)更换石英晶体片和光控仪比较片；

[0048] 4)编写镀膜程序。

[0049] 2、清洁零件

[0050] 1)用三氧化二铬抛光液复新锗基底光学零件表面；

[0051] 2)用脱脂棉蘸醇醚混合液将零件表面清洁干净；

[0052] 3)装入专用工装夹具并尽可能快地装入真空室内。

[0053] 3、镀制膜层

[0054] 关闭真空室门，启动镀膜程序开始镀膜，工作步骤如下：

[0055] 1)启动抽气系统，真空室内的气体在不断排出，当真空室真空度达到1×10-2Pa时，开启加热烘烤设备；

[0056] 2)加热基底到130℃，保温时间2小时，起动离子源并使之工作正常，离子轰击5分钟，关断离子源；

[0057] 3)镀制Ge膜，Ge膜料由电子束蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度3×10-3Pa，淀积速率0.4nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度895nm，控制波长2100nm，极值过正法控制，工具因子为1.05，停蒸点1.78；

[0058] 4)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度3×10-3Pa，淀积速率为0.7nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度306nm，控制波长1106nm，极值过正法控制，工具因子为1.08，停蒸点1.18；

[0059] 5)镀制Ge膜，锗膜料由电子束蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度3×10-3Pa，淀积速率为0.4nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度422nm，控制波长2100nm，极值过正法控制，工具因子1.05，停蒸点0.84；

[0060] 6)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度3×10-3Pa，淀积速率为0.7nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度1626nm，控制波长1585nm，极值过正法控制，工具因子1.08，停蒸点4.42；

[0061] 7)镀制YbF3膜，YbF3膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度3×10-3Pa，淀积速率为0.6nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度770nm，控制波长1470nm，极值过正法控制，工具因子1.05，停蒸点2.2；

[0062] 8)镀制ZnS膜，ZnS膜料由电阻蒸发源蒸镀，蒸镀时真空度3×10-3Pa，淀积速率为0.7nm/s，光学厚度控制仪控制膜层厚度200nm，控制波长728nm，极值过正法控制，工具因子1.1，停蒸点1.2；

[0063] 9)真空室冷却至60℃以下取出镀制好膜系的光学零件。

[0064] 实施例3

[0065] 采用本发明的优选膜系结构、镀制方法镀制，具体的工艺过程如下：

[0066] 1、准备工作

[0067] 1)清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源网栅；

[0068] 2)固定蒸发舟、将三种膜料分别装填至要求的蒸发舟和坩埚内；

[0069] 3)更换石英晶体片和光控仪比较片；

[0070] 4)编写镀膜程序。

[0071] 2、清洁零件

[0072] 1)用三氧化二铬抛光液复新锗基底光学零件表面；

[0073] 2)用脱脂棉蘸醇醚混合液将零件表面清洁干净；

[0074] 3)装入专用工装夹具并尽可能快地装入真空室内。

[0075] 3、镀制膜层

[0076] 关闭真空室门，启动镀膜程序开始镀膜，工作步骤如下：

[0077] 1)启动抽气系统，真空室内的气体在不断排出，当真空室真空度达到1×10-2Pa