CN113281833B - 一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法 - Google Patents

一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113281833B
CN113281833B CN202110506012.1A CN202110506012A CN113281833B CN 113281833 B CN113281833 B CN 113281833B CN 202110506012 A CN202110506012 A CN 202110506012A CN 113281833 B CN113281833 B CN 113281833B
Authority
CN
China
Prior art keywords
band
pass
wave
silicon monoxide
pass filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110506012.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113281833A (zh
Inventor
姜泽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202110506012.1A priority Critical patent/CN113281833B/zh
Publication of CN113281833A publication Critical patent/CN113281833A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113281833B publication Critical patent/CN113281833B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
    • C23C14/546—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material using crystal oscillators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/281—Interference filters designed for the infrared light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
    • G02B5/288—Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明属于光学薄膜及红外光学元器件领域，涉及一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法，具体步骤为选择锗片作为基底材料，通过粗抛和精抛工序，让镜片厚度达到0.3±0.05mm的同时双面面形光圈数@633nm<1；在镜片第一面镀制带通膜系，在第二面镀制长波通膜系，第一面带通的右截止带刚好覆盖第二面长波通截止带所不能覆盖的区域，第二面长波通左截止带覆盖第一面带通左截止带中的次级峰，使两个面的设计膜层厚度达到均衡，从而控制镀后的面形达到设计要求。面形优良的带通滤光片相比于常规带通滤光片，具有光斑均匀、发散汇聚角小、成像清晰等优点。

Description

一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法
技术领域
本发明属于光学薄膜及红外光学元器件领域，涉及一种薄镜片优面形红外带通滤光片的设计及制作方法。
背景技术
红外带通滤光片是一种常用的红外光学元器件，用于选择性透过红外波段，是红外成像系统中的核心器件，在航空航天、气象信息、光学遥感、国防等领域中发挥重要的作用。然而滤光片面形的好坏直接影响到透过波段成像的优劣，常规设计方法是在红外镜片两面分别镀制长波通膜系和短波通膜系，二者叠加后形成截止带和透射带，不考虑面形要求。目前国内面形光圈数为10的滤光片，具有带通滤光片薄镜片劣面形光斑不均匀、发散汇聚角大、成像模糊的缺点。
发明内容
发明目的
本发明致力于提供一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法，通过对薄镜片的面形选择和膜系的匹配，制作出优面形的产品，其目的在于解决现有薄镜片红外滤光片劣面形光斑不均匀、发散汇聚角大、成像模糊的问题。
技术方案
一种薄镜片优面形红外带通滤光片，其特征在于：
基板：选择锗片作为基底材料，通过粗抛和精抛工序，镜片厚度为0.3±0.05mm，且双面面形光圈数@633nm<1；
镀膜：在镜片第一面镀制带通膜系，在第二面镀制长波通膜系；第一面带通的右截止带刚好覆盖第二面长波通截止带所不能覆盖的区域，第二面长波通左截止带覆盖第一面带通左截止带中的次级峰；
镀膜材料选择一氧化硅和金属锗材料。
一氧化硅和金属锗相互交替覆盖，带通膜系25层，带通膜系的物理厚度如表1所示，长波通膜系21层，长波通膜系的物理厚度如表2所示。
层数 SUBSTRATE 厚度
1 SIO 34.2
2 GE 300.16
3 SIO 216.36
4 GE 87.36
5 SIO 587.87
6 GE 169.62
7 SIO 285.79
8 GE 90.68
9 SIO 604
10 GE 230.19
11 SIO 298
12 GE 74.35
13 SIO 517.23
14 GE 250.56
15 SIO 1198.69
16 GE 230.66
17 SIO 1018.41
18 GE 393.98
19 SIO 690.87
20 GE 445.41
21 SIO 685.54
22 GE 419.81
23 SIO 905
24 GE 397.59
25 SIO 487.09
AIR
表1
层数 SUBSTRATE 厚度
1 SIO 164.75
2 GE 131.12
3 SIO 335.63
4 GE 120.3
5 SIO 246.87
6 GE 107.19
7 SIO 281.75
8 GE 119.88
9 SIO 296.27
10 GE 231.35
11 SIO 233.74
12 GE 139.95
13 SIO 527.17
14 GE 144.68
15 SIO 239.46
16 GE 228.29
17 SIO 272.67
18 GE 218.29
19 SIO 141.14
20 GE 228.8
21 SIO 698.79
AIR
表2
红外带通滤光片的工作波段为3.7-4.8μm，前截止半波点在3.7-3.78μm之间，后截止半波点在4.95-4.97μm之间。
红外带通滤光片的3.9-4.6μm波段绝对透过率大于85％，平均透过率大于90％；0.4-3.5μm、5.1-7μm波段绝对透过率小于1％，平均透过率小于0.1％；镀制带通滤光片膜后测试双面光圈@633nm<3。
如上所述的薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：按照以下步骤执行：
步骤一、制作基片：选择锗片作为基底材料，选择一氧化硅和金属锗作为镀膜材料；通过整形、粗抛和精抛工序，让镜片厚度达到0.3±0.05mm的同时双面面形光圈数@633nm<1；
步骤二、基片准备：擦拭后的镜片放入镀膜机工件盘上的镀膜夹具中，选择真空镀膜机；
步骤三、镀前准备：将一氧化硅材料放置在热蒸发坩埚中，将金属锗材料放置在无氧铜坩埚中，将真空室本底抽真空，预熔金属锗材料为熔融状态；
步骤四、镀膜：以单晶锗为基底，先镀制带通膜系，采用真空热蒸发法和电子束蒸发法分别对一氧化硅和金属锗材料蒸发，一氧化硅和金属锗结构交替镀制；取出镜片重复步骤二至步骤三，再镀制长波通膜系，采用真空热蒸发法和电子束蒸发法分别对一氧化硅和金属锗材料蒸发，一氧化硅和金属锗结构交替镀制。
步骤一中的材料选择一氧化硅和金属锗，一氧化硅材料和金属锗的纯度为99.99％以上；其中锗材料的折射率为4.46811@3.0μm、4.4385@4.0μm、4.42504@5.0μm、4.41779@6.0μm；一氧化硅材料的折射率为1.82373@3.0μm、1.80027@4.0μm、1.75139@5.0μm、1.70064@6.0μm；步骤二中擦拭采用乙醇和乙醚(7～8)：(3～2)的体积比例配合的溶液擦拭单晶锗表面；步骤三中抽真空条件是将真空室本底真空抽到(5.0-5.5)*E-4Pa，沉积区域温度130～150℃，恒温30～40min。
步骤三具体步骤是：
步骤a：镀膜前设置镀膜条件；
步骤b：利用光学膜厚控制仪控制两种材料的厚度，利用石英晶体膜厚控制仪控制两种材料的蒸发速率；
步骤c：将热蒸发坩埚加热到炽热状态，挡板打开，蒸发一氧化硅材料；利用霍尔离子源对膜层进行轰击，增加膜层的致密性；
步骤d：用电子束将金属锗加热到炽热状态，挡板打开，蒸发金属锗材料；利用霍尔离子源对膜层进行轰击，增加膜层的致密性。
步骤a所述的镀膜条件是中心波长4.12±0.01μm，入射角度范围0°±10°，入射介质空气。
步骤b所述的石英晶体膜厚控制仪控制一氧化硅蒸发速率为2.5～3nm/s，热蒸发电压为5-6V，电流为800-1000A，氩分压为(1.0～1.5)*E-3Pa，室内真空维持在(2.1～2.6)*E-3Pa，充氩气量为20～40SCCM；所述的石英晶体膜厚控制仪控制金属锗蒸发速率为0.35～0.4nm/s，电子枪电压为10kV，电流为1-1.2A，氩分压为(1.0～1.5)*E-3Pa，室内真空维持在(2.1～2.6)*E-3Pa，充氩气量为20～40SCCM。
步骤c所述的霍尔离子源采用的离子能量200～250eV，离子束流30～40mA，离子分布偏差15～20％。
优点及效果：
1.该滤光片可应用到3-5μm红外探测系统中，也可以用到大气窗口夜视仪中，因其光学参数设计合理，面形优良的带通滤光片相比于常规带通滤光片，具有光斑均匀、发散汇聚角小、成像清晰等优点，特别是在航空航天、气象信息、光学遥感、国防等领域中有广阔的应用。
2.相较于现有技术面形光圈数为10的指标，本发明指标优于国内现有产品，且降低了制备工艺的步骤和生产时间，有利于扩大生产。
附图说明
图1为本发明的红外带通滤光片截面的结构示意图；
图2为本发明的带通膜系光谱曲线图；
图3为本发明的长波通膜系光谱曲线图；
图4为本发明的滤光片综合光谱曲线图；
图5为本发明的带通膜系面形图；
图6为本发明的长波通膜系面形图。
附图标注说明：第一面(Ⅰ)，第二面(Ⅱ)，基底(1)，一氧化硅(2)，金属锗(3)。
具体实施方式
本发明的是通过下述技术方案实现的。
基片的制作：
选料：选择符合GJB2919-2009标准的N型锗单晶棒为原材料。
整形：使用型号为M1080无心磨床对将锗单晶棒加工成直径为12.99-12.97mm的毛坯棒料，再使用型号为HNY-1内圆切割机平行与棒端面切割成厚度为0.8-0.9mm的片料。
抛光：使用MCP150型抛光机。抛光分为磨砂、粗抛和精抛三个阶段。磨砂阶段，磨砂盘选择铸铁磨砂盘，砂子选择10#金刚砂，双面磨砂5-6分钟为宜。粗抛阶段，抛光盘选择聚氨酯盘，抛光液选择氧化铈水抛光液，其抛光粉浓度在于9％-10％之间，抛光液温度控制在24±1°为最佳，抛光液的酸碱度控制在6.7-7.3之间，抛光30分钟后表面粗糙度Ra达到5-6nm为宜。精抛阶段，抛光盘选择沥青盘，抛光液选择氧化铈水抛光液，其抛光粉浓度在于9％-10％之间，抛光液温度控制在24±1°为最佳，抛光也的酸碱度控制在6.7-7.3之间，抛光30分钟后表面粗糙度Ra达到3-0.4nm为宜，光洁度达到10-5级别(美国军用标准MIL-O-13830B)，镜片整体厚度控制在0.29-0.31mm之间，面形控制在N<1@632.8nm，基片加工完毕。由于镀膜过程中会产生应力，会导致原有的基片面形变化，所以要想得到优面形的滤光片，基片的选择就要和镀膜膜层的应力相匹配。
镜片镀膜
一种薄镜片优面形红外带通滤光片，以单晶锗为基底1，基底的两侧镀有带通膜系和长波通膜系结构，如图1所示。
进一步的，两种膜系材料均选用金属锗3和一氧化硅2，纯度均在99.99％以上。
进一步的，在本发明的工艺条件下，锗材料的折射率为4.46811@3.0μm、4.4385@4.0μm、4.42504@5.0μm、4.41779@6.0μm。一氧化硅材料的折射率为1.82373@3.0μm、1.80027@4.0μm、1.75139@5.0μm、1.70064@6.0μm。
进一步的，设计波长为4.12μm，入射角度为0°±10°之间。
进一步的，带通膜系的物理厚度如表3所示：
Figure BDA0003058416210000071
Figure BDA0003058416210000081
表3
数值单位为nm，模拟曲线如图2所示。各膜层材料选择的选择和厚度的设计直接决定光谱的优劣，本带通膜系按照L(H0.5LH)^5(L0.5HL)^5结果按照Needle算法设计出的结果。
进一步的，长波通膜系的物理厚度如表4所示：
Figure BDA0003058416210000082
Figure BDA0003058416210000091
表4
数值单位为nm，模拟曲线如图3所示。各膜层材料选择的选择和厚度的设计直接决定光谱的优劣，本带通膜系按照L(H0.5LH)^9L结果按照Needle算法设计出的结果。
带通膜系和长波通膜系的镀膜层数和顺序是限定不变的，增加层数和厚度也能实现目标，但是并不是最优的选择，此设计拥有达到目标值的最少层数和最优厚度。
一种薄镜片优面形红外带通滤光片的设计及制作方法，该方法包括：
步骤一：基片准备：擦拭锗镜片表面，不能有任何污渍残留，擦拭后的镜片放入镀膜夹具中，夹具放入镀膜机工件盘上；
步骤二：镀膜机选择：真空镀膜机包括真空箱体、抽气部分、电子枪、热蒸发舟、离子源、晶控仪、光控仪。
步骤三：镀前准备：将一氧化硅材料放置在热蒸发坩埚中，将金属锗材料放置在无氧铜坩埚中，将真空室本底抽真空，预熔金属锗材料为熔融状态；
步骤四：镀膜：先镀制带通膜系，采用真空热蒸发法和电子束蒸发法分别对一氧化硅和金属锗材料蒸发，每层材料的厚度按表3结构交替镀制。取出镜片重复步骤一至步骤三，再镀制长波通膜系，采用真空热蒸发法和电子束蒸发法分别对一氧化硅和金属锗材料蒸发，每层材料的厚度按表4结构交替镀制。
在镜片第一面Ⅰ镀制带通膜系，在第二面Ⅱ镀制长波通膜系；第一面Ⅰ带通的右截止带刚好覆盖第二面Ⅱ长波通截止带所不能覆盖的区域，第二面Ⅱ长波通左截止带覆盖第一面Ⅰ带通左截止带中的次级峰。次级峰是因为截止堆栈宽度不够所产生的透射峰，是截止带中需要屏蔽掉的部分，本设计利用长波通膜系的截止带覆盖带通膜系的次级峰，是本发明专利的独道之处。
进一步的，步骤一中的擦拭采用乙醇和乙醚(7～8)：(3～2)的体积比例配合的溶液擦拭单晶锗表面；材料选择一氧化硅和金属锗；一氧化硅材料和金属锗的纯度为99.99％；，步骤二中的抽真空条件是将真空室本底真空抽到(5.0-5.5)*E-4Pa，沉积区域温度130～150℃，恒温30～40min；
进一步的，步骤三具体步骤是：
步骤a：镀膜前设置镀膜条件；
步骤b：利用光学膜厚控制仪控制两种材料的厚度，利用石英晶体膜厚控制仪控制两种材料的蒸发速率；
步骤c：将热蒸发坩埚加热到炽热状态，挡板打开，蒸发一氧化硅材料；利用霍尔离子源对膜层进行轰击，以增加膜层的致密性。
步骤d：用电子束将金属锗加热到炽热状态，挡板打开，蒸发金属锗材料；利用霍尔离子源对膜层进行轰击，以增加膜层的致密性。
进一步的，步骤a所述的镀膜条件是中心波长4.12±0.01μm，入射角度范围0°±10°，入射介质空气；
步骤b所述的石英晶体膜厚控制仪控制一氧化硅蒸发速率为2.5～3nm/s，热蒸发电压为5-6V，电流为800-1000A，氩分压为(1.0～1.5)*E-3Pa，室内真空维持在(2.1～2.6)*E-3Pa，充氩气量为20～40SCCM。所述的石英晶体膜厚控制仪控制金属锗蒸发速率为0.35～0.4nm/s，电子枪电压为10kV，电流为1-1.2A，氩分压为(1.0～1.5)*E-3Pa，室内真空维持在(2.1～2.6)*E-3Pa，充氩气量为20～40SCCM。
进一步的，步骤c所述的霍尔离子源采用的离子能量200～250eV，离子束流30～40mA，离子分布偏差15～20％。
如图4所示，前截止半波点在3.748μm，后截止半波点控制在4.957μm，3.9-4.6μm波段绝对透过率88.35％，平均透过率93.21％。0.4-3.5μm波段绝对透过率0.84％，平均透过率0.06％。5.1-7μm波段绝对透过率0.66％，平均透过率0.04％，指标优于国内现有产品。
如图5和图6所示，相较于现有技术面形光圈数为10的指标，本发明实测双面光圈数为2.577和-1.483，即镀制带通滤光片膜后测试双面光圈@633nm<3。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种薄镜片优面形红外带通滤光片，其特征在于：
基板：选择锗片作为基底(1)材料，通过粗抛和精抛工序，镜片厚度为0.3±0.05mm，且双面面形光圈数@633nm<1；
镀膜：在镜片第一面(Ⅰ)镀制带通膜系，在第二面(Ⅱ)镀制长波通膜系；第一面(Ⅰ)带通的右截止带刚好覆盖第二面(Ⅱ)长波通截止带所不能覆盖的区域，第二面(Ⅱ)长波通左截止带覆盖第一面(Ⅰ)带通左截止带中的次级峰；
镀膜材料选择一氧化硅(2)和金属锗(3)材料；
一氧化硅(2)和金属锗(3)相互交替覆盖，带通膜系25层，带通膜系的物理厚度如表1所示，长波通膜系21层，长波通膜系的物理厚度如表2所示，厚度单位为纳米，
Figure FDA0004066455400000011
Figure FDA0004066455400000021
表1
Figure FDA0004066455400000022
Figure FDA0004066455400000031
表2。
2.根据权利要求1所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片，其特征在于：
红外带通滤光片的工作波段为3.7-4.8μm，前截止半波点在3.7-3.78μm之间，后截止半波点在4.95-4.97μm之间。
3.根据权利要求1所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片，其特征在于：红外带通滤光片的3.9-4.6μm波段绝对透过率大于85％，平均透过率大于90％；0.4-3.5μm、5.1-7μm波段绝对透过率小于1％，平均透过率小于0.1％；镀制带通滤光片膜后测试双面光圈@633nm<3。
4.一种如权利要求1所述的薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：按照以下步骤执行：
步骤一、制作基片：选择锗片作为基底材料，选择一氧化硅和金属锗作为镀膜材料；通过整形、粗抛和精抛工序，让镜片厚度达到0.3±0.05mm的同时双面面形光圈数@633nm<1；
步骤二、基片准备：擦拭后的镜片放入镀膜机工件盘上的镀膜夹具中，选择真空镀膜机；
步骤三、镀前准备：将一氧化硅材料放置在热蒸发坩埚中，将金属锗材料放置在无氧铜坩埚中，将真空室本底抽真空，预熔金属锗材料为熔融状态；
步骤四、镀膜：以单晶锗为基底，先镀制带通膜系，采用真空热蒸发法和电子束蒸发法分别对一氧化硅和金属锗材料蒸发，一氧化硅和金属锗结构交替镀制；取出镜片重复步骤二至步骤三，再镀制长波通膜系，采用真空热蒸发法和电子束蒸发法分别对一氧化硅和金属锗材料蒸发，一氧化硅和金属锗结构交替镀制。
5.根据权利要求4所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：步骤一中的材料选择一氧化硅和金属锗，一氧化硅材料和金属锗的纯度为99.99％以上；其中锗材料的折射率为4.46811@3.0μm、4.4385@4.0μm、4.42504@5.0μm、4.41779@6.0μm；一氧化硅材料的折射率为1.82373@3.0μm、1.80027@4.0μm、1.75139@5.0μm、1.70064@6.0μm；步骤二中擦拭采用乙醇和乙醚(7～8)：(3～2)的体积比例配合的溶液擦拭单晶锗表面；步骤三中抽真空条件是将真空室本底真空抽到(5.0-5.5)*E-4Pa，沉积区域温度130～150℃，恒温30～40min。
6.根据权利要求4所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：步骤三具体步骤是：
步骤a：镀膜前设置镀膜条件；
步骤b：利用光学膜厚控制仪控制两种材料的厚度，利用石英晶体膜厚控制仪控制两种材料的蒸发速率；
步骤c：将热蒸发坩埚加热到炽热状态，挡板打开，蒸发一氧化硅材料；利用霍尔离子源对膜层进行轰击，增加膜层的致密性；
步骤d：用电子束将金属锗加热到炽热状态，挡板打开，蒸发金属锗材料；利用霍尔离子源对膜层进行轰击，增加膜层的致密性。
7.根据权利要求6所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：步骤a所述的镀膜条件是中心波长4.12±0.01μm，入射角度范围0°±10°，入射介质空气。
8.根据权利要求6所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：步骤b所述的石英晶体膜厚控制仪控制一氧化硅蒸发速率为2.5～3nm/s，热蒸发电压为5-6V，电流为800-1000A，氩分压为(1.0～1.5)*E-3Pa，室内真空维持在(2.1～2.6)*E-3Pa，充氩气量为20～40SCCM；所述的石英晶体膜厚控制仪控制金属锗蒸发速率为0.35～0.4nm/s，电子枪电压为10kV，电流为1-1.2A，氩分压为(1.0～1.5)*E-3Pa，室内真空维持在(2.1～2.6)*E-3Pa，充氩气量为20～40SCCM。
9.根据权利要求6所述的一种薄镜片优面形红外带通滤光片的制备方法，其特征在于：步骤c所述的霍尔离子源采用的离子能量200～250eV，离子束流30～40mA，离子分布偏差15～20％。
CN202110506012.1A 2021-05-10 2021-05-10 一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法 Active CN113281833B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110506012.1A CN113281833B (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110506012.1A CN113281833B (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113281833A CN113281833A (zh) 2021-08-20
CN113281833B true CN113281833B (zh) 2023-03-10

Family

ID=77278705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110506012.1A Active CN113281833B (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113281833B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101893729A (zh) * 2010-07-22 2010-11-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种中红外带通滤光片及其制备方法
CN105842770A (zh) * 2016-05-17 2016-08-10 江苏大学 一种co2气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106324738A (zh) * 2016-11-04 2017-01-11 天津津航技术物理研究所 一种长波红外滤光片及其制备方法
CN206741017U (zh) * 2017-03-28 2017-12-12 上海欧菲尔光电技术有限公司 一种锗基底中红外带通滤光片
CN107515438A (zh) * 2017-09-06 2017-12-26 天津津航技术物理研究所 一种红外宽谱段截止窄带激光分光元件
CN111736251A (zh) * 2020-06-05 2020-10-02 浙江晶驰光电科技有限公司 一种中红外透过滤光片及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2297972A1 (es) * 2005-05-30 2008-05-01 Universidad Politecnica De Madrid Fotodetector de infrarrojos de banda intermedia y puntos cuanticos.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101893729A (zh) * 2010-07-22 2010-11-24 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种中红外带通滤光片及其制备方法
CN105842770A (zh) * 2016-05-17 2016-08-10 江苏大学 一种co2气体检测用红外滤光片及其制备方法
CN106324738A (zh) * 2016-11-04 2017-01-11 天津津航技术物理研究所 一种长波红外滤光片及其制备方法
CN206741017U (zh) * 2017-03-28 2017-12-12 上海欧菲尔光电技术有限公司 一种锗基底中红外带通滤光片
CN107515438A (zh) * 2017-09-06 2017-12-26 天津津航技术物理研究所 一种红外宽谱段截止窄带激光分光元件
CN111736251A (zh) * 2020-06-05 2020-10-02 浙江晶驰光电科技有限公司 一种中红外透过滤光片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113281833A (zh) 2021-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106199801B (zh) 一种40g100g滤光片薄膜镀制方法
CN107052913B (zh) RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法
CN102732830B (zh) 一种高透过率低反射率的减反射膜镀膜方法
CN109143440B (zh) 3.50～3.90μm中波红外微型滤光片及其制备方法
CN112795897B (zh) 多晶硒化锌的制备方法
CN113832430A (zh) 一种金刚石基非晶碳-氧化钇梯度复合增透膜的制备方法
CN113281833B (zh) 一种薄镜片优面形红外带通滤光片及制作方法
CN105951051A (zh) 一种倾斜溅射工艺制备渐变折射率减反射膜的方法
CN115368031A (zh) 硫系玻璃8-12um波段高耐久性增透膜的制备方法
CN114335392B (zh) 一种oled柔性显示用减反射膜的制备工艺
CN112813391B (zh) 一种超宽波段红外长波通截止滤光膜制备方法
CN101231352A (zh) 红外光学窗口用HfON/BP增透保护膜及其制备方法
CN111443404A (zh) 一种锗基底8-12um红外窗口片及其制备方法
CN113636760B (zh) 一种防雾自清洁玻璃及其制备方法
CN110735107A (zh) 一种类金刚石涂层制备前的离子表面刻蚀方法
CN212181064U (zh) 一种锗基底8-12um红外窗口片
CN112553585B (zh) 一种聚甲基丙烯酸甲酯基底介质增透膜及其制备方法
CN101359061A (zh) 一种光学镀膜方法以及使用该方法的光学镀膜机
CN107400868A (zh) 改善大口径碳化硅反射镜硅改性层表面微观缺陷的方法
CN110106470B (zh) 一种低应力类金刚石薄膜的制备方法
CN114035256B (zh) 一种大角度入射范围长波通滤光片及其制备方法
CN113235042A (zh) 抗激光损伤混杂vox相的制备方法
CN111812753B (zh) 一种硅基底3-6μm红外窗口片
CN116200705B (zh) 一种兼容可见光和红外隐身涂层及其制备方法和应用
CN109581563A (zh) 一种红外滤光片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant