一種ZnS基底反0.5～0.8μm可見光及1.064μm激光并透3.7～4.8μm中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種ZnS基底反0.5～0.8μm可見光及1.064μm激光并透3.7～4.8μm中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，包括ZnS基片和分色膜膜系；分色膜膜系由三種薄膜材料制成；膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。在0.5～0.8μm波段，透過率小于2％；在1.064μm激光波段，透過率小于1％；在3.7～4.8μm中波紅外波段透射率大于95％。該膜系結(jié)構(gòu)具有層數(shù)少、厚度小、鍍制難度相對(duì)較低、工藝重復(fù)性好的特點(diǎn)，獲得的膜層牢固度高，光譜性能優(yōu)良，能夠滿足多波段共窗口光電系統(tǒng)的使用要求，滿足45°傾斜條件下工作要求，并能經(jīng)受住高、低溫存儲(chǔ)，溫度沖擊等環(huán)境試驗(yàn)，附著力試驗(yàn)及中度摩擦試驗(yàn)。
【專利說明】
_種ZnS基底反0.5~0.8μηι可見光及1 .064μηι激光并透3.7~ 4. Sum中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[000? ] 本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種ZnS基底反0.5~0.8μηι可見光及1.064 μπι激光并透3.7~4.8μπι中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，用于機(jī)載、艦載、車載光電平臺(tái)多波段 共光路的光學(xué)系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前光電系統(tǒng)平臺(tái)不斷向著體積小、機(jī)動(dòng)靈活、多功能集成、全天候使用的方向發(fā) 展，多波段共窗口技術(shù)在光電系統(tǒng)平臺(tái)中的應(yīng)用越來越廣泛，具有目標(biāo)捕獲/跟蹤和監(jiān)視功 能的現(xiàn)代化光學(xué)傳感系統(tǒng)都將多個(gè)傳感器組合在單一組件中，這些傳感器包括可見光攝像 機(jī)和中波紅外熱像儀、前視紅外(FLIR)和激光測(cè)距機(jī)。這些組合起來的系統(tǒng)都通過一個(gè)通 用孔徑窗口來觀察，從而實(shí)現(xiàn)光電系統(tǒng)平臺(tái)的小型化、多功能集成、全天候使用的目的。采 用多波段共光路技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)中，分色濾光片是直接決定整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵器件。
[0003] ZnS基底反0.5~0.8μπι可見光及1.064μπι激光、透3.7~4.8μπι中波紅外的分色膜主 要應(yīng)用在多波段共光路的光電系統(tǒng)中。目前反可見及激光、透中波紅外的分色膜膜層很厚， 一般都在60到80層，而當(dāng)膜層要在45°傾斜條件下工作，且只能以增加介質(zhì)反射堆的方法來 解決反射帶寬度問題，導(dǎo)致膜系層數(shù)更多，厚度更大，導(dǎo)致制作難度特別高。由于膜層厚度 大，所以膜層鍍制時(shí)間特別長(zhǎng)，對(duì)膜厚控制精度及工藝穩(wěn)定性要求較高；同時(shí)會(huì)造成膜層的 應(yīng)力累積，控制誤差累積，膜層吸收損失累積，膜層結(jié)構(gòu)缺陷散射損失累積等，使沉積的膜 層光譜性能差，牢固度低，容易出現(xiàn)龜裂甚至脫膜。
[0004] 對(duì)于ZnS基底反0.5~0.8μηι可見光及1.064μηι激光、透3.7~4.8μηι中波紅外分色膜 的膜系結(jié)構(gòu)，目前沒有查到相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。據(jù)查新，相近的文獻(xiàn)有，付秀華等在2009年第5期 《紅外與激光工程》期刊發(fā)表了題為"硫化鋅基底可見-紅外多波段的光學(xué)薄膜"的論文，該 論文公開了作者利用ZnS和YbF3兩種材料構(gòu)成的多層膜，實(shí)現(xiàn)了 0.4μηι~0.7μηι的可見及8μηι ~12μηι的紅外波段高透，1.064μηι及1.54μηι的激光高反。論文中膜系由于分光波段的不同， 膜系結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，層數(shù)少，膜層鍍制難度低。
[0005] 馮君剛等在2004年第4期《光學(xué)精密工程》期刊發(fā)表了題為"反可見、中紅外、透 10.6μπι高能激光分色鏡的研制"的論文，該論文公開了作者利用ZnSe和YbF 3兩種材料構(gòu)成 的多層膜，并獲得了光譜性能較好的樣品，基本達(dá)到理想指標(biāo)。論文中膜系分光波段不同， 采用硒化鋅材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，在可見光波段的吸收損耗較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 要解決的技術(shù)問題
[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種ZnS基底反0.5~0.8μπι可見光及 1.064μπι激光并透3.7~4.8μπι中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，在45°傾斜入射的情況下，實(shí)現(xiàn) 0.5~0.8μηι可見光及1.064μηι激光高反射，3.7~4.8μηι中波紅外波段高透射。在0.5~0.8μηι 波段，透過率小于2%;在1.064μπι激光波段，透過率小于l%;在3.7~4.8μm中波紅外波段透 射率大于95%。該膜系結(jié)構(gòu)具有層數(shù)少、厚度小、鍍制難度相對(duì)較低、工藝重復(fù)性好的特點(diǎn)， 獲得的膜層牢固度高，光譜性能優(yōu)良，能夠滿足多波段共窗口光電系統(tǒng)的使用要求，滿足 45°傾斜條件下工作要求，并能經(jīng)受住高、低溫存儲(chǔ)，溫度沖擊等環(huán)境試驗(yàn)，附著力試驗(yàn)及中 度摩擦試驗(yàn)。
[0008] 技術(shù)方案
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0010] 所述一種ZnS基底反0.5~0.8μηι可見光及1.064μηι激光并透3.7~4.8μηι中波紅外 分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括ZnS基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系由三種薄膜 材料制備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化鋯膜層，第2層到 第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層;各膜層厚度為：
[0013] 辦
[0014] 有益效果
[0015] 本發(fā)明采用了硬度及強(qiáng)度相對(duì)較高，應(yīng)力匹配較好，在可見至中波紅外波段吸收 相對(duì)較低的ZnSJbF3兩種薄膜材料組合構(gòu)成多層膜系，并采用ZrO 2過渡層技術(shù)及保護(hù)層技 術(shù)，解決了由于膜層應(yīng)力累積而引起的膜層脫落或龜裂，提高了膜層的強(qiáng)度、牢固度。在基 底與膜層、膜層與大氣之間采用非極值層來實(shí)現(xiàn)折射率的匹配，有效壓縮了通帶波紋，大大 提高了通帶的透過率，同時(shí)降低了膜層的總厚度，降低了膜層鍍制工藝難度，相對(duì)提高了膜 層厚度的控制精度。在〇. 5~0.8μπι波段，透過率小于2% ;在1.064μπι激光波段，透過率小于 1 % ;在3.7~4.8μπι中波紅外波段透射率大于95%。并能經(jīng)受住《GJB 2485-95》中3.4.1.1附 著力試驗(yàn)、3.4.1.3中度摩擦試驗(yàn)、3.4.2.1高低溫存儲(chǔ)試驗(yàn)，《GJB 150.5Α-2009》溫度沖擊 環(huán)境試驗(yàn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明ZnS基底反0.5~0.8μL?可見光及1.064μπι激光、透3.7~4.8μπι中波紅 外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的透射率曲線。
[0018] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的透射率曲線。
[0019] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的透射率曲線。
[0020] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的透射率曲線。
[0021] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例5的透射率曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0022] ZnS基底反0.5~0.8μπι可見光及1.064μπι激光并透3.7~4.8μπι中波紅外分色膜的 膜系結(jié)構(gòu)包括ZnS基片和分色膜膜系。所述分色膜膜系由三種薄膜材料制備的膜層疊加構(gòu) 成。其中，第一膜層為氧化鋯鍍制在所述ZnS基片的表面上;第二膜層為氟化鐿，鍍制在所述 第一膜層上;第三膜層為硫化鋅，鍍制在所述第二膜層上;第四膜層為氟化鐿，并鍍制在所 述第三膜層上；……，硫化鋅膜層與氟化鐿膜層交替至第五十膜層；第五十一膜層為氧化 鋯，鍍制在所述第五十膜層上。即分色膜膜系的膜層層數(shù)共計(jì)51層，第1層和第51層為氧化 鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。
[0023]所述第一至第五十一膜層的厚度見表一。
[0024]表一各層膜的厚度
[0027] 該膜系結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在多波段共光路的光電系統(tǒng)中，可將主光路中的可見光和激 光與中波紅外光進(jìn)行分離，鍍制了該膜層的分色濾光片是直接決定整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵器 件?？蓪?shí)現(xiàn)在0.5~0.8μm波段，透過率小于2%;在1.064μm激光波段，透過率小于l%;在3.7 ~4.8μπι中波紅外波段透射率大于95 %。并能經(jīng)受住高低溫存儲(chǔ)、溫度沖擊等環(huán)境試驗(yàn)，通 過附著力及中度摩擦試驗(yàn)。
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明：
[0029]實(shí)施例1:透明基片采用多光譜ZnS，分色膜膜系由三種薄膜材料制備的膜層疊加 構(gòu)成。其中，第一膜層為氧化鋯，鍍制在所述ZnS基片的表面上;第二膜層為氟化鐿，鍍制在 所述第一膜層上;第三膜層為硫化鋅，鍍制在所述第二膜層上;第四膜層為氟化鐿，并鍍制 在所述第三膜層上;依次類推，硫化鋅膜層與氟化鐿膜層交替至第五十膜層;第五十一膜層 為氧化鋯，鍍制在所述第五十膜層上。即分色膜膜系的膜層層數(shù)共計(jì)51層，第1層和第51層 為氧化鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。所述第一 至第五^ 膜層的厚度見表二。
[0030]表二實(shí)施例1各層膜的厚度
[0033] 經(jīng)測(cè)試獲得該膜層0.5~0.8μπι波段，平均透過率為1.674% ;在1.064μπι激光波段， 透過率為0.771 % ;在3.7~4.8μπι中波紅外波段平均透射率為95.747%，參見圖2。
[0034]實(shí)施例2:透明基片采用多光譜ZnS，分色膜膜系由三種薄膜材料制備的膜層疊加 構(gòu)成。其中，第一膜層為氧化鋯鍍制，在所述ZnS基片的表面上;第二膜層為氟化鐿，鍍制在 所述第一膜層上;第三膜層為硫化鋅，鍍制在所述第二膜層上;第四膜層為氟化鐿，并鍍制 在所述第三膜層上;依次類推，硫化鋅膜層與氟化鐿膜層交替至第五十膜層;第五十一膜層 為氧化鋯，鍍制在所述第五十膜層上。即分色膜膜系的膜層層數(shù)共計(jì)51層，第1層和第51層 為氧化鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。所述第一 至第五^ 膜層的厚度見表三。
[0035]表三實(shí)施例2各層膜的厚度
[0038] 經(jīng)測(cè)試獲得該膜層0.5~0.8μπι波段，平均透過率為1.612% ;在1.064μπι激光波段， 透過率為0.766% ;在3.7~4.8μπι中波紅外波段平均透射率為95.734%，參見圖3。
[0039]實(shí)施例3:透明基片采用多光譜ZnS，分色膜膜系由三種薄膜材料制備的膜層交替 疊加構(gòu)成。其中，第一膜層為氧化鋯，鍍制在所述ZnS基片的表面上;第二膜層為氟化鐿，鍍 制在所述第一膜層上;第三膜層為硫化鋅，鍍制在所述第二膜層上;第四膜層為氟化鐿，并 鍍制在所述第三膜層上;依次類推，硫化鋅膜層與氟化鐿膜層交替至第五十膜層;第五十一 膜層為氧化鋯，鍍制在所述第五十膜層上。即分色膜膜系的膜層層數(shù)共計(jì)51層，第1層和第 51層為氧化鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。所述 第一至第五十一膜層的厚度見表四。
[0040]表四實(shí)施例3各層膜的厚度
[0043] 經(jīng)測(cè)試獲得該膜層0.5~0.8μπι波段，平均透過率為1.606% ;在1.064μπι激光波段， 透過率為0.743% ;在3.7~4.8μπι中波紅外波段平均透射率為95.757%，參見圖4。
[0044] 實(shí)施例4:透明基片采用多光譜ZnS，分色膜膜系由三種薄膜材料制備的膜層交替 疊加構(gòu)成。其中，第一膜層為氧化鋯，鍍制在所述ZnS基片的表面上;第二膜層為氟化鐿，鍍 制在所述第一膜層上;第三膜層為硫化鋅，鍍制在所述第二膜層上;第四膜層為氟化鐿，并 鍍制在所述第三膜層上;依次類推，硫化鋅膜層與氟化鐿膜層交替至第五十膜層;第五十一 膜層為氧化鋯，鍍制在所述第五十膜層上。即分色膜膜系的膜層層數(shù)共計(jì)51層，第1層和第 51層為氧化鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。所述 第一至第五^ 膜層的厚度見表五。
[0045] 表五實(shí)施例4各層膜的厚度
[0048] 經(jīng)測(cè)試獲得該膜層0.5~0.8μπι波段，平均透過率為1.692% ;在1.064μπι激光波段， 透過率為0.945% ;在3.7~4.8μπι中波紅外波段平均透射率為95.763% (參見圖5)。
[0049]實(shí)施例5:透明基片采用多光譜ZnS，分色膜膜系由三種薄膜材料制備的膜層交替 疊加構(gòu)成。其中，第一膜層為氧化鋯，鍍制在所述ZnS基片的表面上;第二膜層為氟化鐿，鍍 制在所述第一膜層上;第三膜層為硫化鋅，鍍制在所述第二膜層上;第四膜層為氟化鐿，并 鍍制在所述第三膜層上;依次類推，硫化鋅膜層與氟化鐿膜層交替至第五十膜層;第五十一 膜層為氧化鋯，鍍制在所述第五十膜層上。即分色膜膜系的膜層層數(shù)共計(jì)51層，第1層和第 51層為氧化鋯膜層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氟化鐿膜層、奇數(shù)層為硫化鋅膜層。所述 第一至第五十一膜層的厚度見表六。
[0050]表六實(shí)施例5各層膜的厚度
[0053] 經(jīng)測(cè)試獲得該膜層0. 5~0.8μπι波段，平均透過率為1.622% ;在1.064μπι激光波段， 透過率為0.627% ;在3.7~4.8μπι中波紅外波段平均透射率為95.693% (參見圖6)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種ZnS基底反ο. 5~ο. 8μηι可見光及1.064]im激光并透3.7~4.8μηι中波紅外分色膜 的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括ZnS基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系由Ξ種薄膜材料制 備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化錯(cuò)膜層，第2層到第50層 中的偶數(shù)層為氣化鏡膜層、奇數(shù)層為硫化鋒膜層;各膜層厚度為：w2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種化S基底反ο. 5~ο.祉m可見光及1.064皿激光并透3.7~4.8 WI1中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括化S基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系 由Ξ種薄膜材料制備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化錯(cuò)膜 層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氣化鏡膜層、奇數(shù)層為硫化鋒膜層;各膜層厚度為：3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種化S基底反ο. 5~ο.祉m可見光及1.064皿激光并透3.7~4.8 WI1中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括化S基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系 由Ξ種薄膜材料制備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化錯(cuò)膜 層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氣化鏡膜層、奇數(shù)層為硫化鋒膜層;各膜層厚度為：4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種化S基底反ο. 5~ο.祉m可見光及1.064皿激光并透3.7~4.8 WI1中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括化S基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系 由Ξ種薄膜材料制備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化錯(cuò)膜 層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氣化鏡膜層、奇數(shù)層為硫化鋒膜層;各膜層厚度為：5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種化S基底反ο. 5~ο.祉m可見光及1.064皿激光并透3.7~4.8 WI1中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括化S基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系 由Ξ種薄膜材料制備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化錯(cuò)膜 層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氣化鏡膜層、奇數(shù)層為硫化鋒膜層;各膜層厚度為：6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種化S基底反ο. 5~ο.祉m可見光及1.064皿激光并透3.7~4.8 WI1中波紅外分色膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括化S基片和分色膜膜系;所述分色膜膜系 由Ξ種薄膜材料制備的膜層疊加構(gòu)成;膜層層數(shù)共計(jì)51層，其中第1層和第51層為氧化錯(cuò)膜 層，第2層到第50層中的偶數(shù)層為氣化鏡膜層、奇數(shù)層為硫化鋒膜層;各膜層厚度為：
【文檔編號(hào)】G02B27/10GK105842857SQ201610273378
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】張建付, 楊崇民, 米高園, 劉永強(qiáng), 劉青龍, 王松林, 劉方, 楊華梅, 李明偉, 王穎輝, 孫婷, 黎明, 韓俊
【申請(qǐng)人】西安應(yīng)用光學(xué)研究所