CN105607159B

CN105607159B - 大角度多波段红外高增透膜系的制备方法

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Publication number: CN105607159B
Application number: CN201610017924.1A
Authority: CN
Inventors: 王平秋; 杨柳; 于清; 代礼密; 廖自力; 薛锦; 林莉; 吴杨海; 吉林; 祝冰; 张玉东; 徐兵; 何坚; 张志斌
Original assignee: South West Institute of Technical Physics
Current assignee: South West Institute of Technical Physics
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: CN105607159A

Abstract

本发明公开的一种大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，旨在提供一种具有很宽的多波段范围，能够提高膜层牢固性能力及野外恶劣环境使用寿命长的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：(1)以IG5或IG6材料为基底，用膜系设计公式 G/0.05M、0.2703L 6.3405H、0.7965L、3.0094H、11.6216L、0.4436H、2.4786L、0.05M /A计算每层膜的光学厚度值；清洁被镀基底；加温烘烤基底；用离子源在镀膜前和镀膜过程中轰击基底；将ZnSe、Al₂O₃和YbF₃三种膜料放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，根据上述的公式顺序和厚度值用光学真空镀膜机完成镀膜。本发明解决了在红外材料IG5或IG6基底上使用非金属和非半导体膜层材料镀膜不牢和较难达到高透过率的工艺难题。

Description

大角度多波段红外高增透膜系的制备方法

技术领域

本发明是关于镀制光学薄膜的方法，更具体地说，本发明是关于红外玻璃（IRG205）IG5或（IRG206）IG6基底同时对近红外(激光波长1.064um)和远红外(8～12um)超宽波段大角度入射(0～50⁰)的高增透膜的膜系和制备工艺方法。

背景技术

在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。增透膜是目前在世界范围内应用最为广泛的一类光学薄膜。随着红外技术的飞速发展，光学系统作光谱区越来越宽，不仅要求覆盖可见与近红外波段，同时还必须覆盖中远红外波段，这就使得具有高透射率、宽光谱覆盖范围、可靠性好，能够工作于恶劣的地面与空间环境的高性能的可见与红外双波段宽带增透膜的研制成为必要。大气对红外系统开设的“大气窗口” 有 2～2.5μm、3～4μm、 4.5～5μm 以及8～14μm。透射这些波段的红外材料品种较少，并且热学性能较差。常用的红外材料为 Si、Ge、ZnS、ZnSe等等。而IG5及IG6不由金属或半导体等元素组成，特别在中远红外具有高透射率、以及最低色散。这些属性使其可作为于从可见光到远红外的多波段成像基材，易于进行色差校正，并促进无热散焦的红外光学系统。与锗透镜相比，IG5和IG6 非球面透镜的折射率更低，非常适合与其他红外组件配合使用。IG5和IG6玻璃具有极好的光学透过性，折射率和色散热变化小。在1-14um范围内无热散焦，使其更易于设计颜色修正红外光学系统。对于结合其他红外材料的应用，它也是理想的选择。IG5和IG6玻璃可以用于窗口，红外光学镜头（球面和/或非球面），棱镜以及其它光学元件。高增透膜作为光学薄膜的一种，广泛应用于各种光学和红外元器件、太阳能电池以及大功率激光系统中。目前已有很多不同类型的高增透膜能满足光学和红外技术领域的部分实际应用。而更广泛的实际应用对高反射膜综合性能的要求不断提高。目前公知的应用非常广泛的高增透镀膜，一般都是使用金属（如金、银、铝等）或金属与介质材料或半导体材料（如硅、锗等）来进行高反射膜的镀制。由于红外隐身条件所限，因此不能同时应用于激光和红外制导技术等特殊要求的光学设计，不能满足激光和红外制导中隐身和高透射的要求。根据增透膜的透明波段要求，目前常用的红外高折射率材料有ZnS、ZnSe，与之匹配的低折射率材料有MGF2、YbF, ZnS、ZnSe性能上都有各自的优缺点,且MGF2不透远红外，YbF有很大的应力，经过多次实验发现，单层YbF，如果太厚，导致膜层龟裂。增透膜是沉积在IG5和IG6基底上，要求与近红外波段1.064 uｍ及远红外波段8-12um，平均透射率大于95％。材料的光学特性由于膜料的光学常数受工艺参数如基底温度、沉积速率、真空度等影响．同时蒸发方式如热蒸发、电子束蒸发、离子辅助蒸发等也对其影响很大，因此膜系设计主要考虑以下两三点：１）为了减少累积误差，总的层数不宜过多；由于实际膜层制备过程中膜层厚度存在控制误差，为了减少误差，层膜的两个界面可以用一个等效界面的累积，总层数不能太多。２）单层膜不宜偏厚，尽量使膜系中各层厚度保持均匀，以免造成应力过大产生膜层龟裂、脱膜等，过厚的膜层会产生较大的应力，影响牢固度；３）而过薄的膜层则不容易监控，导致膜层厚度误差很大，影响整个光谱曲线。由于上述光学波段的高增透膜不仅要求膜层要非常牢固地镀制覆盖在红外材料IG5或IG6基底上，还要求在近红外和远红外非常宽阔的范围内透过率要尽可能的高(透过率T达到95%以上)，而且使用波段的入射角指标要求达到 0°～50°。然而现有技术中凡涉及红外的宽波段高增透膜可选用的红外膜料品种极少，膜系设计和工艺难度很大。目前常规的可见光和近红外高增透膜都是镀制在硬质材料基底上，膜层的设计层数较少，常规高增透膜镀制技术仅限于在单点波长或狭窄波长范围，通常为0⁰入射或使用角度较小(一般0⁰～15⁰)，使用介质材料镀制红外宽波长范围的高增透膜可用的介质膜料品种很多(可达几十种)；且由于高增透膜范围不宽，则膜系设计相对层数较少，膜层不太厚（一般＜1um），镀膜工艺制备时间较短（一般1小时左右），因而镀制的高增透膜牢固性比较容易解决。而本发明要求的高增透膜波段范围很宽阔（从近红外到远红外），而可选用的膜料仅有几种，其膜系设计的厚度选择和高增透膜的牢固要求都很高、工艺难度非常大，决非目前常规高增透膜系可比拟，否则其高增透膜产品就无法在野外和空中的恶劣环境中长久使用。

发明内容

为了克服目前常规高增透膜镀制技术仅限于在单点波长或狭窄波长范围使用介质材料镀制红外宽波长范围的高增透膜的缺陷，本发明提供一种具有很宽的多波段范围，能够提高膜层牢固性能力及野外恶劣环境使用寿命长的近红外和远红外光学波段大角度入射高增透膜的膜系的制备方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：本发明提供的一种大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）膜系参考波长λ_c=800，以红外玻璃IG5或 IG6为基底，用膜系设计公式：G/0.05M 、0.2703L、6.3405H、0.7965L、3.0094H、11.6216L、0.4436H、2.4786L、0.05M/A，计算每层膜的光学厚度值,并按上述顺序列表格，其中，G为IG5或IG6基底，M为Al₂O₃膜料,H为ZnSe膜料，L为YbF₃膜料，A为折射率N_A=1的空气介质nm；

（2）采用超声波清洗基底工艺、考夫曼离子源辅助蒸镀工艺、光学膜层张应力、压应力匹配工艺、膜层粘接打底工艺、高温预热工艺和退火工艺制备高增透膜；将上述M、H、L膜料依次放入镀膜机真空室的电子枪蒸发源坩锅内，先采用预镀层技术，在基底IG5和 IG6上沉积6.2AM的Al₂O₃；

（3）在光学膜层粘接打底工艺和应力匹配工艺中，根据前述膜系设计公式计算出的各层膜的光学厚度值和表格顺序，将Al₂O₃、ZnSe和YbF₃三种膜料依次放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，用清洗液清洁被镀基底，吹干，放入光学真空镀膜机的真空室抽真空待镀；在真空环境下，在30℃～200℃范围内逐渐升温烘烤，加温烘烤基底，在离子源辅助蒸镀工艺中，用离子源在镀膜前和镀膜过程中轰击基底，一直让其产生的离子束轰击基底到镀膜完成。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

（1）用本发明方法制备的高增透膜有很宽的多波段范围。本发明以红外玻璃IG5或IG6为基底，用膜系设计公式，根据膜系设计公式计算出的各层膜的光学厚度值和表格顺序，将Al₂O₃、ZnSe和YbF₃三种膜料依次放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，然后用光学真空镀膜机按公式列表顺序和厚度值完成的高增透膜(透过率T≥95%)波段范围超过了四千纳米（＞4um），且兼顾了近红外(1.064um)和远红外(8～12um)波段,解决了现有高增透膜（透过率T≥95%）通常镀制于单点波长(如532nm或1064nm)，或几百纳米（＜1um）波段范围，高增透膜波段范围窄而不能推广到远红外波长范围的不足。

（2）本发明方法的高增透膜有很大的使用角度范围。

本发明采用考夫曼离子源辅助沉积，提高沉积薄膜的致密度，改善光学和机械性能。先采用预镀层技术，在基底IG5和 IG6 上沉积6.2AM的Al₂O₃，提高膜与基底的黏附性;然后在镀制其后的膜层时，采用L和H膜料互相交替，使各层膜料应力匹配。增加了膜层的附着力和牢固度。膜系使用角度为0⁰～50⁰；且0⁰～43⁰兼容，即0⁰～50⁰都具有T≥95%的高透过率，克服了现有技术T≥95%高增透膜通常为0⁰入射，或使用角度较小(一般0⁰～15⁰)的问题。能够满足隐身功能的在IG5或IG6基底上镀制膜层坚硬牢固，隐身性能优良，并能在野外恶劣环境使用长久的大角度范围近红外和远红外超宽光学波段高增透膜

（3）本发明解决了远红外波段超级厚度的高增透膜牢固性的工艺难题。所制镀膜层在近红外波段1.064uｍ的平均透射率大于95％，远红外波段8～１2ｕｍ的平均透射率大于95％，能够承受恶劣的环境测试。在如此宽的多波段高增透膜要覆盖远红外波段8～12um并兼顾近红外波段1.064um，其膜系设计厚度达到2um以上，其镀膜工艺制备时间高达10小时以上。这样厚度的高增透膜要解决镀制工艺过程中的高透过率，以及产品在恶劣环境中使用的牢固性都是目前光学薄膜技术的著名难题。

本发明采用的 A、超声波清洗基底工艺；B、考夫曼离子源辅助蒸镀工艺；C、光学膜层张应力和压应力匹配工艺；D、特殊膜层粘接打底工艺；E、高温预热工艺和退火工艺等专门工艺技术，解决了上述远红外兼顾近红外超级膜厚度的高反射膜膜层牢固性的工艺难题。。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，

实施例1

首先用美国先进的光学薄膜设计软件（TFCalc）设计符合本发明技术指标要求的最优化膜系。以经过光学加工的IG5或IG6为基底在其表面镀膜，用膜系设计公式：

G/0.05M 0.2703L 6.3405H 0.7965L 3.0094H 11.6216L 0.4436H 2.4786L0.05M /A，计算每层膜的光学厚度值并按顺序列格。式中G代表IG5或IG6基底（折射率N_G=2.6或2.7），M是折射率N_M=1.60的Al₂O₃膜料,H是折射率N_H=2.45的ZnSe膜料，L是折射率N_L=1.45的YbF₃膜料，A为折射率N_A=1的空气介质，膜系参考波长λ_c=800nm。（以上M、H、L均为纯度99.9％的颗粒状膜料）

实施例1中根据膜系公式计算的IG5或IG6基底9层膜光学厚度理论平均值列表。按上述公式计算设计的9层膜各层的光学厚度值见表1：

表1

膜层序号	第1层 0.05M	第2层 0.2703L	第3层 6.3405H	第4层 0.7965L	第5层 3.0094H
						膜层光学厚度(nm)	6.2	56.8	900.3	167.5	427.3
膜层序号	第6层 11.6216L	第7层 0.4436H	第8层 2.4786L	第9层 0.05M
						膜层光学厚度(nm)	2445.1	63.1	521.5	6.2

注：没有取个位小数点之后的值，因精度已足够达到设计方案。

膜系设计公式说明：

（1）表1是取IG5或IG6基底折射率的平均值并根据膜系设计公式计算的9层膜光学厚度理论值列表。由于基底材料折射率对高增透膜几乎不产生影响，故本膜系对两种材料可以采用相同设计，技术指标均达到要求。

（2）为了保证膜层牢固性，本膜系设计公式中三种膜料M、H、和L的排布顺序，应符合“光学膜层粘接打底工艺”和“光学膜层应力匹配工艺”等工艺的技术要求。光学膜层粘接打底工艺是将与IG5或IG6基底粘接的0.05M层膜料（Al₂O₃）镀制在第一层，可以对整个膜层牢固性起到关键作用。

光学膜层应力匹配工艺是：为对整个膜层牢固性起到重要作用，在膜系设计和膜料排布上进行应力匹配，按H、M、L三种膜料的应力性质，交替排布压应力膜料和张应力膜料，完成表1的工艺，可用普通的国产真空镀膜设备完成（比如：成都现代南光厂生产的ZZ800型箱式真空镀膜机）。所述的光学膜层应力匹配工艺是将上述H、M、L三种膜料按照其检测到的应力性质，使压应力膜料和张应力膜料交替排布。

以红外玻璃IG5或 IG6为基底，用膜系设计公式：G/0.05M 、0.2703L、6.3405H 、0.7965L、3.0094H 、11.6216L 、0.4436H、 2.4786L、0.05M /A，计算每层膜的光学厚度值并按顺序列表格，其中，G为IG5或IG6基底，M为Al₂O₃膜料,H为ZnSe膜料，L为YbF₃膜料，A为折射率N_A=1的空气介质，膜系参考波长λ_c=800nm；

（2）将上述M、H、L膜料依次放入镀膜机真空室的电子枪蒸发源坩锅内备用；在镀膜基底超声波清洗工艺中，用清洗液清洁被镀基底，吹干，放入真空室抽真空待镀；放在基片架上，抽真空。

（3）在真空环境下，在30℃～200℃范围内逐渐升温烘烤。当真空度达到2×10－2Ｐａ时，对镀件加烘烤，烘烤温度定于150℃。加温烘烤基底，；

（4）在光学膜层粘接打底工艺和应力匹配工艺中，根据前述膜系设计公式计算出的各层膜的光学厚度值和表格顺序，将Al₂O₃、ZnSe和YbF₃三种膜料依次放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，然后用光学真空镀膜机按所述步骤(1)的公式列表顺序和厚度值完成镀膜；

（5）在离子源辅助蒸镀工艺中，用离子源在镀膜前和镀膜过程中轰击基底，当真空度为1.5×10－3Ｐａ时，打开考夫曼离子源轰击基底15民，开始蒸镀。一直让其产生的离子束轰击基底到镀膜完成；

（6）在高低温退火工艺中，将镀完膜的IG5或IG6基底在真空室自然冷却到室温后进行退火处理。

所述的镀膜基底超声波清洗工，是将IG5或IG6基底放入盛有乙醇做清洗液的超声波清洗机内，选用中档位清洗10分钟，再换用丙酮清洗液清洗10分钟，用高纯氮气吹干，放入洁净的真空室载盘架并关门抽真空待镀。

在加温烘烤基底时，当抽真空到10^－3Pa数量级时，从30℃开始加烘烤，缓慢升温一直升到200℃保温120分钟，工件旋转20转/分钟。

所述的离子源辅助蒸镀工艺，是在镀膜前将离子源参数调到：屏极电压600V，束流85mA，充纯度四个9的高纯氩气Ar或氧气O₂，将真空度控制在1.0×10^－2Pa，用产生的离子束轰击球罩基底20分钟。

高低温退火工艺，是将镀完膜的IG5或IG6基底自然冷却到室温后，再从真空室转移到干燥箱进行退火处理：从40℃开始升温，每升温10℃再恒温10分钟，一直升到130℃，恒温8～10小时后降温，每降温10℃恒温10分钟，降到常温30℃，取出检测待用。

所述的膜系是从里到外由9层膜组成，按上述步骤(1)公式计算设计各层膜的光学厚度值。

其主要工艺条件包括：

光学镀膜的专用设备：真空镀膜机，使用时可以用真空泵将真空室抽真空至10^－2～10^－3 Pa数量级，预先放入真空室的坩锅内的各种膜料在电子枪产生高压、高温的电子束作用下，形成蒸气分子，按设计要求依次附着生长在光学零件基底表面。

光控，即光学膜厚控制系统，作为真空镀膜机的关键配件，“光控”仪器根据光的干涉原理，将镀膜的光信号转换成电信号，准确识别记录光学镀膜的厚度值。

晶控，即石英晶体振荡膜厚控制系统。“晶控”仪器根据石英晶体的振荡频率与不同膜料附着厚度（重量）成正比的原理转换成光学厚度值，也用于真空室内探测光学镀膜的几何厚度值。

离子源，可选用考夫曼型离子源辅助沉积装置。在真空室内镀膜过程中，该装置可产生高能量离子束，辅助膜料分子快速且高能量地沉积在基底表面。它是提高膜层牢固度的重要手段。

电子枪，是e型电子束蒸发源。是最常用的一种圆形多孔蒸发膜料的铜质坩锅，高压灯丝发射的电子束以270°角度打到膜料上，使膜料蒸发。

烘烤，可以用加热烘烤装置来实现。可选用普通的电阻丝或石英管通电加热装置，用于真空室（包括镀膜基底）的温度升温。

镀制工艺步骤如下：

（1）清洁真空室并装填膜料。在镀膜机真空室内完成大清洁后，将上述膜系设计公式中三种膜料：M为Al₂O₃，H为ZnSe，L为YbF₃，均为纯度99.99％的颗粒状晶体膜料，依次放入可旋转的电子枪蒸发源坩锅中，等待后面镀膜蒸发时使用。

（2）清洁被镀基底，将IG5或IG6放入盛有乙醇（纯度≥99.5％的分析纯）作清洗液的超声波清洗机内，用中档位清洗10分钟；再换用丙酮（纯度≥99.5％的分析纯）清洗液清洗10分钟，用高纯氮气吹干，放入洁净的真空室载盘架并关门抽真空待镀。

（3）加温烘烤基底，当抽真空到10^－3 Pa数量级时，开启加热烘烤装置。从30℃开始加温烘烤，缓慢升温，可确保升温均匀和IG5或IG6基底不炸裂，一直升到200℃保温90～120分钟，整个升温过程中，装置IG5或IG6基底的载盘按20转/分钟速率均匀旋转。

（4）离子源镀前轰击基底：正式镀膜前，将考夫曼型离子源辅助沉积装置的离子源参数调到：屏极电压650～700V，束流95～110mA，充纯度四个9的高纯氩气Ar或氧气O₂，用充气和真空控制系统将真空度控制在8.5×10^－3～9.5×10^－3 Pa之间，让离子源产生的离子束轰击IG5或IG6基底30分钟。

（5）按顺序完成膜料蒸发：根据前述膜系设计公式从第1到第9层的顺序和表格计算出的各层膜的光学厚度值开始镀膜；光学厚度值的判断以“光控”显示的各层光学厚度值为准，“晶控”显示的各层膜几何厚度值为计算光学厚度值的参考，公式各层膜前的系数是“光控”走四分之一波长极值的倍数值。期间，考夫曼型离子源辅助沉积装置一直处于工作状态，参数与上述步骤(4)完全一样。在整个膜料蒸发过程中，镀膜机的真空室内真空度为8.5×10^－3～9.5×10^－3 Pa，“电子枪”蒸发速率为：Al₂O₃ 0.15～0.3nm/s,ZnSe1～1.5nm/s,YbF₃ 0.8～1.0nm/s；IG5或IG6基底膜片载盘工件旋转速率为100～120转/分钟。在紧接的整个镀膜过程中，保持上述离子源参数不变，一直让其产生的离子束轰击基底到镀膜完成，并且镀膜完成后再继续用离子束轰击基底7分钟，再恒温60分钟后从200℃开始降烘烤温度，关闭高真空阀门停止扩散泵自然冷却到室温。整个降温过程中，装置IG5或IG6基底的载盘按20转/分钟速率均匀旋转。

（6）退火处理：镀完膜的IG5或IG6基底在真空室自然冷却到室温后，充高纯氮气进入真空室，打开门后取出转移到普通干燥箱开始退火处理。从40℃开始升温，每升温10℃再恒温10分钟，一直升到130℃，恒温8～10小时后开始降温，每降温10℃后恒温10分钟，一直降到常温40℃可取出检测待用。

实施例2

按上述表1中计算设计的9层膜各层的光学厚度值重复实验实施例1的方法，采用本发明的最优化膜系公式和表1的各层光学厚度，在镀膜工艺步骤中：

（1）重复实施例1中工艺步骤（1）；

（2）重复实施例1中工艺步骤（2）；只是将镀膜基底固定为放置IG5基底。

（3）重复实施例1中工艺步骤（3）；只是将加温烘烤基底的温度最后固定保温90分钟。

（4）重复实施例1中工艺步骤（4）；参数方面正式镀膜前将离子源参数调到屏极电压固定为650V,速流固定为95mA，充纯度四个9的高纯氩Ar，将真空度控制固定在8.5×10^－3Pa，产生的离子束轰击IG5基底30分钟。

（5）重复实施例1中工艺步骤（5）；参数方面：蒸镀时真空度为固定8.5×10^－3 Pa，蒸发速率固定为：Al₂O₃ 0.15nm/s,ZnSe 1nm/s,YbF₃0.8nm/s；工件旋转速率固定为100转/分钟。

镀膜完成后记录的各层膜实际光学厚度见表2：

表2 （实施例1中根据膜系公式计算的IG5或IG6基底9层膜光学厚度理论平均值列表）

膜层序号	第1层 0.05M	第2层 0.2703L	第3层 6.3405H	第4层 0.7965L	第5层 3.0094H
						膜层光学厚度(nm)	6.5	56.7	900.5	167.8	427.4
膜层序号	第6层 11.6216L	第7层 0.4436H	第8层 2.4786L	第9层 0.05M
						膜层光学厚度(nm)	2445.2	63.2	521.6	6.4

(6) 退火处理：重复实施例1中工艺步骤(6)，只是退火升温到130℃后，固定恒温8小时后开始降温。

实施例3：

（1）重复实施例1中工艺步骤（1）；

（2）重复实施例1中工艺步骤（2）；只是将镀膜基底固定为放置IG6基底。

（3）重复实施例1中工艺步骤（3）；只是将加温烘烤基底的温度最后固定保温120分钟。

（4）重复实施例1中工艺步骤（4）；参数方面正式镀膜前将离子源参数调到屏极电压固定为700V,速流固定为110mA，充纯度四个9的高纯氧O₂，将真空度控制固定在9.5×10^－3Pa，产生的离子束轰击IG6基底30分钟。

（5）重复实施例1中工艺步骤（5）；参数方面：蒸镀时真空度为固定9.5×10^－3 Pa，蒸发速率固定为：Al₂O₃ 0.3nm/s,ZnSe 1.5nm/s,YbF₃1.0nm/s；工件旋转速率固定为120转/分钟。

镀膜完成后记录的各层膜实际光学厚度见表3：

表3 （实施例1中根据膜系公式计算的IG5或IG6基底9层膜光学厚度理论平均值列表）

膜层序号	第1层 0.05M	第2层 0.2703L	第3层 6.3405H	第4层 0.7965L	第5层 3.0094H
						膜层光学厚度(nm)	6.2	56.7	900.2	167.3	427.2
膜层序号	第6层 11.6216L	第7层 0.4436H	第8层 2.4786L	第9层 0.05M
						膜层光学厚度(nm)	2445.0	63.2	521.3	6.3

(6) 退火处理：重复实施例1中工艺步骤(6)，只是退火升温到130℃后，固定恒温10小时后开始降温。

上述实施例镀制膜层的各项特性指标测试结果如下：

（1）在0°～50°的全部角度范围内IG5或IG6基底单面平均透过率为：

近红外波长：1.064um 单面平均透过率为T≥96%

远红外波段：8～12um 单面平均透过率为 T≥96%

（2）膜层牢固性和抗激光损伤测试：均满足光学薄膜国家标准规定的要求，并通过航空标准＋70～－55℃高低温冲击实验。

（3）膜层防潮性能：满足光学薄膜国家标准规定的要求，通过野外使用和水中浸泡等多项实验证明，上述实施例制备的IG5或IG6基底近红外和远红外光学波段大角度入射的高增透膜对IG5或IG6基底有非常好的防潮保护功效，并能在空中飞行时及野外恶劣环境中长久使用。

Claims

1.一种大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）膜系参考波长λ_c=800，以红外玻璃IG5或红外玻璃 IG6为基底，用膜系设计公式：G/0.05M 、0.2703L、6.3405H、0.7965L、3.0094H、11.6216L、0.4436H、2.4786L、0.05M/A，计算每层膜的光学厚度值，并按上述顺序列表格，其中，G为IG5或IG6基底，M为Al₂O₃膜料，H为ZnSe膜料，L为YbF₃膜料，A为折射率N_A=1的空气介质；（2）采用超声波清洗基底工艺、考夫曼离子源辅助蒸镀工艺、光学膜层张应力、压应力匹配工艺、光学膜层粘接打底工艺、高温预热工艺和高低温退火工艺制备高增透膜；将上述M、H、L膜料依次放入镀膜机真空室的电子枪蒸发源坩锅内，先采用预镀层技术，在基底IG5和 IG6 上沉积光学厚度值6.2nm的Al₂O₃膜层；

（3）在光学膜层粘接打底工艺和应力匹配工艺中，根据前述膜系设计公式计算出各层膜的光学厚度值和表格顺序，然后，将Al₂O₃、ZnSe和YbF₃三种膜料依次放入旋转电子枪蒸发源坩锅中，用清洗液清洁被镀基底，吹干，放入光学真空镀膜机的真空室抽真空待镀；在真空环境下，在30℃～200℃范围内逐渐升温烘烤，加温烘烤基底，在离子源辅助蒸镀工艺中，用离子源在镀膜前和镀膜过程中轰击基底，一直让其产生的离子束轰击基底到镀膜完成。

2.如权利要求1所述大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：所述的镀膜超声波清洗基底工艺是将IG5或IG6基底放入盛有乙醇做清洗液的超声波清洗机内，选用中档位清洗10分钟，再换用丙酮清洗液清洗10分钟，用高纯氮气吹干，放入洁净的真空室载盘架并关门抽真空待镀。

3.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：所述的光学膜层粘接打底工艺是将与IG5或IG6基底粘接的0.05M Al₂O₃层膜料镀制在第一层。

4.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：在膜系设计和膜料排布上进行应力匹配，按H、M、L三种膜料的应力性质，交替排布压应力膜料和张应力膜料。

5.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：在加温烘烤基底时，当抽真空到10^－3Pa数量级时，从30℃开始加烘烤，缓慢升温一直升到200℃保温120分钟，工件旋转20转/分钟。

6.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：所述的考夫曼离子源辅助蒸镀工艺是在镀膜前将离子源参数调到：屏极电压600V，束流85mA，充纯度99.99%的高纯氩气Ar或氧气O₂，将真空度控制在1.0×10^－2Pa，用产生的离子束轰击球罩基底20分钟。

7.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：高低温退火工艺是将镀完膜的IG5或IG6基底自然冷却到室温后，再从真空室转移到干燥箱进行退火处理：从40℃开始升温，每升温10℃再恒温10分钟，一直升到130℃，恒温8～10小时后降温，每降温10℃恒温10分钟，降到常温30℃，取出检测待用。

8.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：根据由膜系设计公式从第1到第9层的顺序和表格计算出的各层膜的光学厚度值开始镀膜；光学厚度值的判断以“光控”显示的各层光学厚度值为准，“晶控”显示的各层膜几何厚度值为计算光学厚度值的参考，公式中各层膜前的系数是“光控”四分之一波长极值的倍数值。

9.如权利要求1所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：用真空泵将真空室抽真空至10^－2～10^－3 Pa数量级，预先放入真空室的坩锅内的各种膜料在电子枪产生高压、高温的电子束作用下，形成蒸气分子，按设计要求依次附着生长在光学零件基底表面。

10.如权利要求1所述的所述的大角度多波段红外高增透膜系的制备方法，其特征在于：所述的各层膜的光学厚度值如下表所示：

膜层序号第1层 0.05M 第2层 0.2703L 第3层 6.3405H 第4层 0.7965L 第5层 3.0094H 膜层光学厚度(nm) 6.2 56.8 900.3 167.5 427.3 膜层序号第6层 11.6216L 第7层 0.4436H 第8层 2.4786L 第9层 0.05M 膜层光学厚度(nm) 2445.1 63.1 521.5 6.2