CN104570166A - 能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗及其制备方法 - Google Patents

能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗及其制备方法 Download PDF

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Abstract

能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗及其制备方法：在封窗玻璃的基片上设置有光学介质膜系，该光学介质膜系中含有透明导电膜层，其特征在于，所述透明导电膜层分为面状透明导电膜和线状透明导电膜两层，该面状透明导电膜和线状透明导电膜之间，设有绝缘的电介质增透膜层；该透明导电膜层上表面的边缘处设置有两个电极；所述线状透明导电膜和面状透明导电膜并联。本发明适用于南极封窗式红外望远镜的封窗除霜，解决了现有透明导电膜无法应用在红外光谱区域的问题，在极大程度上提高了封窗的红外透过率。

Description

能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗及其制备方法
技术领域
本发明属于光学薄膜领域。涉及一种能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗。本发明还涉及这种用于能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗的制备方法。
背景技术
南极天文是中国天文学发展的一个重要方向，南极冰穹A是世界上最好的天文台台址之一，冰穹A极寒的环境容易使天文望远镜内部结构结霜。为了避免天文望远镜内部光学表面结霜，南极小型望远镜多采用封窗式结构，在封窗表面镀制可见光透明导电膜。
红外天文学是南极天文发展的重要方向。相对于光学天文学，红外天文学的波段分布非常广，根据大气窗口的不同，形成一个个不连续的观测窗口。用于南极红外封窗式望远镜上的除霜导电膜，必须在所观测的波段拥有尽可能高的透过率。
现今南极天文望远镜对镜片上或封窗上的除霜工作都是利用ITO薄膜（氧化铟锡层）进行的，ITO薄膜在可见光拥有相对较高的透过率，但在红外波段的吸收非常严重，无法满足红外天文观测的需求。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的是提供一种能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗。本红外望远镜封窗上的透明导电膜主要利用线状导电膜和面状导电膜并联的方式，降低除霜导电膜整体的电阻，实现除霜，并在极大程度上提高红外光的透过率。封窗式望远镜的封窗透过率由多层介质增透膜的增透效果以及网状膜的衍射效应共同决定。本发明提供这种用于南极封窗式望远镜封窗除霜的红外透明导电膜的制备方法。
完成上述发明任务的技术方案是，一种能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗，在封窗玻璃片的基片上设置有光学介质膜系（增透膜），该光学介质膜系中含有透明导电膜层，其特征在于，所述透明导电膜层分为面状透明导电膜和线状透明导电膜两层，该面状透明导电膜和线状透明导电膜两层之间，设有绝缘的电介质增透膜层（也称为红外增透膜层）；该透明导电膜层上表面的边缘处设置有两个电极；所述线状透明导电膜和面状透明导电膜并联。
上述技术方案中，所述面状透明导电膜层（ITO薄膜）的厚度小于等于30nm，此时，该面状透明导电膜的电阻将大于140Ω。
所述线状透明导电膜，也可以采用多条线状透明导电膜共同构成网状透明导电膜（也称为透明导电网）的形式。
该线状透明导电膜或网状透明导电膜的布置，必须达到以下技术指标：该线状透明导电膜网状导电膜的面电阻小于60Ω；同时，该线状透明导电膜或网状导电膜所覆盖的区域相对于观测波段的透过率大于90%。
所述的两个电极可以采用镀制上去的铜电极。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，在整个封窗表面镀制一层面状导电膜（ITO导电膜，也可称为隔绝透明导电膜），镀制该面状导电膜采用离子束辅助沉积工艺，真空小于8.0x10-4Pa，基底温度250℃，充氧量为15sccm，离子源屏极电压250V，离子束流为150A/㎝2，该面状导电膜的厚度小于等于30nm，此时，该面状导电膜的电阻将大于140Ω，红外区域吸收较小。
步骤2，利用工件进行遮挡，镀制如图2形状的电介质增透膜层（也称为红外增透膜层或减反膜）。该红外增透膜层可以有效提高封窗在红外的透过率，并起电介质的作用，隔绝透明导电膜与将要镀制的线状透明导电膜或网状透明导电膜。电介质增透膜层用Ti2O5和SiO2为镀膜材料，以熔石英玻璃为基底，制备观测波段的减反膜，以降低基底在观测波段的反射率。用超声波化学清洗基底，将清洗过的基底和镀膜材料放入1.1米真空镀膜机中进行离子束辅助蒸发镀膜。离子束辅助沉积工艺为：真空小于8.0x10-4Pa，基底温度为150℃，氧气流量为15sccm。
步骤3，根据计算机模拟数据，制作遮挡模具，通过该遮挡模具的遮挡，在镀有电介质增透膜层（减反膜）的基底上镀制线状透明导电膜或多条线状透明导电膜共同构成网状透明导电膜，该线状透明导电膜或网状透明导电膜的面电阻小于60Ω，网状导电膜区所覆盖的区域相对于观测波段的透过率大于90%。
步骤4，在所述线状透明导电膜或网状透明导电膜的网线末端处镀制共用电极（所述的共用电极，可以采用铜电极），要求共用电极覆盖所述线状透明导电膜中的每一条线；并覆盖在最接近封窗表面的那一层面状导电膜之上。通过共用电极对导电膜供电，实现望远镜封窗的除霜工作，利用线状导电膜和面状导电膜并联的形式，降低导电膜的厚度，从而提高封窗的透过率。
本发明适用于南极封窗式红外望远镜的封窗除霜，解决了现有透明导电膜无法应用在红外光谱区域的问题，在极大程度上提高了封窗的红外透过率。
附图说明
图1-1、图1-2分别为步骤1中面状导电膜结构示意图；
图2-1、图2-2分别为步骤2中电介质增透膜结构示意图；
图3-1、图3-2分别为步骤3中线状透明导电膜或网状透明导电膜结构示意图；
图4-1、图4-2分别为步骤4中导电膜两侧电极结构示意图。
具体实施方案
实施例1，能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗及其制备方法：
步骤1，参照图1：在整个（镜片）封窗1的表面镀制一层ITO导电膜2（面状导电膜，也可称为隔绝透明导电膜），镀制ITO薄膜采用离子束辅助沉积工艺，真空小于8.0x10-4Pa，基底温度250℃，充氧量为15sccm，离子源屏极电压250V，离子束流为150A/㎝2， ITO薄膜的厚度小于等于30nm，此时，导电膜的电阻将大于140Ω，红外区域吸收较小。
步骤2，利用工件进行遮挡，镀制如图2形状的电介质增透膜层3（也称为红外增透膜层或减反膜）。该红外增透膜层可以有效提高封窗在红外的透过率，并起电介质的作用，隔绝透明导电膜与将要镀制的线状透明导电膜或网状透明导电膜。电介质增透膜层用Ti2O5和SiO2为镀膜材料，以熔石英玻璃为基底，制备观测波段的减反膜，以降低基底在观测波段的反射率。用超声波化学清洗基底，将清洗过的基底和镀膜材料放入1.1米真空镀膜机中进行离子束辅助蒸发镀膜。离子束辅助沉积工艺为：真空小于8.0x10-4Pa，基底温度为150℃，氧气流量为15sccm。
步骤3，参照图3：根据计算机模拟数据，制作线镀网状薄膜时所应用的遮挡模具，通过模具的遮挡，在镀有减反膜的基底上镀制线状透明导电膜，该网状透明导电膜的面电阻小于60Ω，网状导电膜区所覆盖的区域相对于观测波段的透过率大于90%。
步骤4，参照图4：在所述线状薄膜的网线末端处镀制共用铜电极，要求铜电极覆盖每一条线状导电膜，并覆盖在最接近封窗表面的那一层导电膜之上。通过铜电极对导电膜供电，实现望远镜封窗的除霜工作，利用线状导电膜和面状导电膜并联的形式，降低导电膜的厚度，从而提高封窗的透过率。

Claims (9)

1. 一种能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗，在封窗玻璃片的基片上设置有光学介质膜系，该光学介质膜系中含有透明导电膜层，其特征在于，所述透明导电膜层分为面状透明导电膜和线状透明导电膜两层，该面状透明导电膜和线状透明导电膜之间，设有绝缘的电介质增透膜层；该透明导电膜层上表面的边缘处设置有两个电极；所述线状透明导电膜和面状透明导电膜并联。
2. 根据权利要求1所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗，其特征在于，所述面状透明导电膜层的厚度小于等于30nm；该面状透明导电膜的电阻将大于140Ω。
3. 根据权利要求1所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗，其特征在于，所述线状透明导电膜或网状透明导电膜的布置，必须达到以下技术指标：该线状透明导电膜网状导电膜的面电阻小于60Ω；同时，该线状透明导电膜网状导电膜所覆盖的区域相对于观测波段的透过率大于90%。
4. 根据权利要求1所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗，其特征在于，所述的两个电极采用镀制上去的铜电极。
5. 根据权利要求1-4之一所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗，其特征在于，所述的能够防霜除霜的南极封窗式红外望远镜镜片是指，采用以下工艺制备得到的封窗式红外望远镜镜片：
步骤1，在整个封窗表面镀制一层面状导电膜，镀制该面状导电膜采用离子束辅助沉积工艺；
步骤2，利用工件进行遮挡，镀制电介质增透膜层；该电介质增透膜层用Ti2O5和SiO2为镀膜材料，以熔石英玻璃为基底，制备观测波段的减反膜；
步骤3，根据计算机模拟数据，制作遮挡模具，通过该遮挡模具的遮挡，在镀有电介质增透膜层的基底上镀制线状透明导电膜或多条线状透明导电膜共同构成网状透明导电膜；
步骤4，在所述线状透明导电膜或网状透明导电膜的网线末端处镀制共用电极，要求共用电极覆盖每一条线状导电膜，并覆盖在最接近封窗表面的那一层面状透明导电膜之上；通过共用电极对导电膜供电。
6. 权利要求1所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，在整个封窗表面镀制一层面状导电膜，镀制该面状导电膜采用离子束辅助沉积工艺；
步骤2，利用工件进行遮挡，镀制电介质增透膜层；该电介质增透膜层用Ti2O5和SiO2为镀膜材料，以熔石英玻璃为基底，制备观测波段的减反膜；
步骤3，根据计算机模拟数据，制作遮挡模具，通过该遮挡模具的遮挡，在镀有电介质增透膜层的基底上镀制线状透明导电膜或多条线状透明导电膜共同构成网状透明导电膜；
步骤4，在所述线状透明导电膜或网状透明导电膜的网线末端处镀制共用电极，要求共用电极覆盖每一条线状导电膜，并覆盖在最接近封窗表面的那一层面状透明导电膜之上；通过共用电极对导电膜供电。
7. 根据权利要求6所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗的制备方法，其特征在于，
步骤1中，镀制面状导电膜的离子束辅助沉积工艺，真空小于8.0x10-4Pa，基底温度250℃，充氧量为15sccm，离子源屏极电压250V，离子束流为150A/㎝2；
步骤2中，镀制电介质增透膜层的方法是：用超声波化学清洗基底，将清洗过的基底和镀膜材料放入1.1米真空镀膜机中进行离子束辅助蒸发镀膜；离子束辅助沉积工艺为：真空小于8.0x10-4Pa，基底温度为150℃，氧气流量为15sccm；
步骤3所述镀制的线状透明导电膜或网状透明导电膜，其面电阻小于60Ω，网状导电膜区所覆盖的区域相对于观测波段的透过率大于90%；
步骤4中所述的共用电极，采用铜电极。
8. 根据权利要求7所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗的制备方法，其特征在于，步骤1中，面状导电膜的厚度小于等于30nm；面状导电膜的电阻大于140Ω。
9. 根据权利要求6-8之一所述的能够防霜除霜的南极红外望远镜封窗的制备方法，其特征在于，所述共用电极覆盖线状透明导电膜中的每一条线；并覆盖在最接近封窗表面的那一层面状导电膜之上。
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