CN102368097B - 一种微光、激光透射且中红外光反射膜及棱镜、制备方法 - Google Patents
一种微光、激光透射且中红外光反射膜及棱镜、制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于光学器件及其制备技术领域，具体公开了一种微光、激光透射且中红外光反射膜，还公开了镀制有该膜的棱镜及其制备方法。该微光、激光透射且中红外光反射膜由23层膜层组成，属部分层优化的周期性对称膜系结构，奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌，第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，其余奇数膜层的光学厚度均为1437nm，偶数膜层的光学厚度均为1163nm。本发明提供的棱镜在3.7μm～4.5μm波段反射率R≥98%，在1.064μm波段透射率T≥92%，在600nm～800nm波段透射率Tmin≥88%。
Description
技术领域
本发明属于光学器件及其制备技术领域，具体涉及一种微光、激光透射且中红外光反射膜，还涉及镀制有该膜的棱镜及其制备方法。
背景技术
对于某些特殊要求的光电产品，由于受空间及重量的限制，在产品具有同样功能特性的情况下，减小体积与重量有着非常重要的意义。本发明镀有微光、激光透射，中红外光反射膜的氟化钙胶合棱镜为“三光合一”光电产品的关键元件，具有将接收的三波段光线进行分离的作用。目前未查阅到与本发明提供的微光、激光透射且中红外光反射膜的膜系结构设计、镀制方法相同的三波段分光膜的报道或资料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微光、激光透射且中红外光反射膜。
本发明的目的还在于提供一种微光、激光透射，且中红外光反射的棱镜。
本发明的目的还在于提供一种微光、激光透射，且中红外光反射的棱镜的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种微光、激光透射且中红外光反射膜，该膜由23层膜层组成，属部分层优化的周期性对称膜系结构，奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌，第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，第3层膜层、第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层、第21层膜层的光学厚度为1437nm，第4层膜层、第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度为1163nm。
一种微光、激光透射且中红外光反射的棱镜，包括胶合棱镜基底，在胶合棱镜基底的表面镀制有微光、激光透射且中红外光反射膜，所述微光、激光透射且中红外光反射膜由23层膜层组成，直接镀制在胶合棱镜基底表面的膜层为第1层膜层，在第1层膜层上依次镀制有第2层膜层～第23层膜层；奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌；第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，第3层膜层、第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层、第21层膜层的光学厚度为1437nm，第4层膜层、第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度为1163nm。
优选的，所述胶合棱镜基底为45°氟化钙材质胶合棱镜基底。
一种微光、激光透射且中红外光反射的棱镜的制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理胶合棱镜基底
使用脱脂棉蘸醇醚混合液对胶合棱镜基底表面进行清洁处理，之后将胶合棱镜基底夹持在夹具上并放入真空室内，抽真空到真空度高于1×10-2Pa时，升温加热基底到140℃～160℃，升温时间不小于2小时，之后保温1～2小时，然后启动离子源并进行离子轰击，离子轰击时间为5～10分钟，关断离子源；
（2）在预处理过的胶合棱镜基底表面依次镀制第1层膜层～第23层膜层
a. 首先镀制第1层膜层：膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为3×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.6nm/s～0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，第1层膜层的光学厚度为833nm；
b. 镀制第2层膜层：膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为2×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s～0.8nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，第2层膜层的光学厚度为1196nm；
c. 镀制第3层膜层：膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为3×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.6nm/s～0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，第3层膜层的光学厚度为1437nm；
d. 镀制第4层膜层：膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为2×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s～0.8nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，第4层膜层的光学厚度为1163nm；
e. 依次镀制第5层膜层～第21层膜层：重复步骤c，镀制第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层和第21层膜层，第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层和第21层膜层的光学厚度均为1437nm；重复步骤d，镀制第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层，第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度均为1163nm；
f. 镀制第22层膜层：重复步骤b，镀制第22层膜层，第22层膜层的光学厚度为1196nm；
g. 镀制第23层膜层：重复步骤a，镀制第23层膜层，第23层膜层的光学厚度为833nm；
（3）膜层镀制完毕后再过5～8小时，待真空室内温度低于40℃时放气，取出微光、激光透射且中红外光反射的棱镜。
本发明提供的微光、激光透射且中红外光反射的棱镜采用周期性对称膜系结构，理论光谱特性好，需要的膜层层数与膜料少，造价低；镀制各膜层时膜层受制备过程工艺参数影响小，膜厚控制精度高，工艺容易实现；膜层牢固度好，能经受胶合后进行成型及抛光工序的加工，膜层结合力及环境适应性，满足光学薄膜国家军用标准GJB2485-95规定的要求。
本发明提供的微光、激光透射且中红外光反射的棱镜在3.7μm～4.5μm波段反射率R≥98%，在1.064μm波段透射率T≥92%，在600nm～800nm波段透射率Tmin≥88%。该棱镜可用于激光、微光与红外共光路光学系统仪器，具有将三波段光分开的作用，对提高光学仪器的性能及可靠性、减小仪器的重量及体积具有重要意义。
具体实施方式
实施例1
本实施例是微光、激光透射且中红外光反射膜的具体实施例，该微光、激光透射且中红外光反射膜由23层膜层组成，属部分层优化的周期性对称膜系结构，奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌，第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，第3层膜层、第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层、第21层膜层的光学厚度为1437nm，第4层膜层、第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度为1163nm。
实施例2
本实施例是微光、激光透射且中红外光反射棱镜的具体实施例，该微光、激光透射且中红外光反射棱镜包括45°氟化钙材质胶合棱镜基底，在胶合棱镜基底的表面镀制有微光、激光透射且中红外光反射膜，微光、激光透射且中红外光反射膜由23层膜层组成，直接镀制在胶合棱镜基底表面的膜层为第1层膜层，在第1层膜层上依次镀制有第2层膜层～第23层膜层；奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌；第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，第3层膜层、第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层、第21层膜层的光学厚度为1437nm，第4层膜层、第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度为1163nm。
实施例2微光、激光透射且中红外光反射棱镜的制备方法，在镀膜之前的准备工作：清洁真空室、镀膜夹具、蒸发源挡板及离子源；固定蒸发舟，将MgF2和ZnS两种膜料分别装填至钼蒸发舟内；更换石英晶体片和光控仪比较片；编制并调试镀膜程序；
准备工作做完后开始镀膜，步骤为：
（1）首先预处理45°氟化钙材质胶合棱镜基底：用钻石粉抛光液复新45°氟化钙材质胶合棱镜基底表面，再用脱脂棉蘸醇醚混合液对胶合棱镜基底表面进行清洁处理，之后将胶合棱镜基底夹持在夹具上并快速放入真空室内，关闭真空室门，起动抽气系统，抽真空到真空度为1×10-2Pa时，开启加热烘烤，缓慢升温加热基底到150℃，升温时间2.5小时，之后保温1小时，然后启动离子源并进行离子轰击，离子轰击时间为7分钟，关断离子源；
（2）之后在预处理过的胶合棱镜基底表面依次镀制第1层膜层～第23层膜层
a. 首先镀制第1层膜层：起动镀膜程序开始镀膜，膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.8×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.15时，极值停蒸点为2.1，1号控制片，第1层膜层的光学厚度为833nm；
b. 镀制第2层膜层：膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.1时，极值停蒸点为3.15，2号控制片，第2层膜层的光学厚度为1196nm，从第2层膜层起，每两层膜层使用同位置控制片并不断更换；
c. 镀制第3层膜层：膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.8×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.15时，极值停蒸点为3.66，第3层膜层的光学厚度为1437nm；
d. 镀制第4层膜层：膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.1时，极值停蒸点为3.06，第4层膜层的光学厚度为1163nm；
e. 依次镀制第5层膜层～第21层膜层：重复步骤c，即膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.8×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.15时，极值停蒸点为3.66，镀制第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层和第21层膜层，第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层和第21层膜层的光学厚度均为1437nm；重复步骤d，即膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.1时，极值停蒸点为3.06，镀制第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层，第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度均为1163nm；
f. 镀制第22层膜层：重复步骤b，即膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.1时，极值停蒸点为3.15，镀制第22层膜层，第22层膜层的光学厚度为1196nm；
g. 镀制第23层膜层：重复步骤a，即膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为1.8×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，控制波长为1780nm，极值过正法控制，工具因子为1.15时，极值停蒸点为2.1，镀制第23层膜层，第23层膜层的光学厚度为833nm；
（3）膜层镀制完毕后再过12小时，待真空室内温度为30℃时放气，取出制好的微光、激光透射且中红外光反射的棱镜。
实施例2提供的微光、激光透射且中红外光反射棱镜在3.7μm～4.5μm波段反射率R为98.5%，在1.064μm波段透射率T为94%，在600nm～800nm波段透射率Tmin为91%。
Claims (4)
1.微光、激光用反射中红外光的透射膜，其特征在于，该膜由23层膜层组成，属部分层优化的周期性对称膜系结构，奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌，第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，第3层膜层、第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层、第21层膜层的光学厚度为1437nm，第4层膜层、第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度为1163nm。
2.微光、激光用反射中红外光的透射棱镜，其特征在于，包括胶合棱镜基底，在胶合棱镜基底的表面镀制有微光、激光用反射中红外光的透射膜，所述微光、激光用反射中红外光的透射膜由23层膜层组成，直接镀制在胶合棱镜基底表面的膜层为第1层膜层，在第1层膜层上依次镀制有第2层膜层～第23层膜层；奇数膜层的膜料均为氟化镁，偶数膜层的膜料均为硫化锌；第1层膜层和第23层膜层的光学厚度是833nm，第2层膜层和第22层膜层的光学厚度是1196nm，第3层膜层、第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层、第21层膜层的光学厚度为1437nm，第4层膜层、第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度为1163nm。
3.根据权利要求2所述的微光、激光用反射中红外光的透射棱镜，其特征在于，所述胶合棱镜基底为45°氟化钙材质胶合棱镜基底。
4.一种权利要求2或3所述的微光、激光用反射中红外光的透射棱镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理胶合棱镜基底
使用脱脂棉蘸醇醚混合液对胶合棱镜基底表面进行清洁处理，之后将胶合棱镜基底夹持在夹具上并放入真空室内，抽真空到真空度高于1×10-2Pa时，升温加热基底到140℃～160℃，升温时间不小于2小时，之后保温1～2小时，然后启动离子源并进行离子轰击，离子轰击时间为5～10分钟，关断离子源；
（2）在预处理过的胶合棱镜基底表面依次镀制第1层膜层～第23层膜层
a.首先镀制第1层膜层：膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为3×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.6nm/s～0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，第1层膜层的光学厚度为833nm；
b.镀制第2层膜层：膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为2×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s～0.8nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，第2层膜层的光学厚度为1196nm；
c.镀制第3层膜层：膜料采用氟化镁，将氟化镁膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为3×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.6nm/s～0.7nm/s，膜层厚度由光学膜厚仪控制，第3层膜层的光学厚度为1437nm；
d.镀制第4层膜层：膜料采用硫化锌，将硫化锌膜料放到钼舟内，由电阻蒸发源进行蒸镀，蒸镀时真空度为2×10-3Pa～1×10-3Pa，蒸发速率为0.7nm/s～0.8nm/s，光学膜厚仪控制膜层厚度，第4层膜层的光学厚度为1163nm；
e.依次镀制第5层膜层～第21层膜层：重复步骤c，镀制第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层和第21层膜层，第5层膜层、第7层膜层、第9层膜层、第11层膜层、第13层膜层、第15层膜层、第17层膜层、第19层膜层和第21层膜层的光学厚度均为1437nm；重复步骤d，镀制第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层，第6层膜层、第8层膜层、第10层膜层、第12层膜层、第14层膜层、第16层膜层、第18层膜层、第20层膜层的光学厚度均为1163nm；
f.镀制第22层膜层：重复步骤b，镀制第22层膜层，第22层膜层的光学厚度为1196nm；
g.镀制第23层膜层：重复步骤a，镀制第23层膜层，第23层膜层的光学厚度为833nm；
（3）膜层镀制完毕后再过5～8小时，待真空室内温度低于40℃时放气，取出，制得微光、激光用反射中红外光的透射棱镜。
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| CN102368097A (zh) | 2012-03-07 |
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