CN115903110A - 一种红外长波高反膜、制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外长波高反膜、制备方法和应用，涉及红外光学薄膜技术领域，所述高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为170～190nm/硫化锌为1155～1195nm/锗为642～682nm/硫化锌为1178～1218nm/锗为642～682nm/空气。本发明采用金膜加介质膜的堆叠，能够在红外8～12μm波段实现更高的反射率，平均反射率大于99.7％，且本发明膜系结构总厚度小于4μm，厚度更薄，降低了膜层应力，能够避免纯介质膜层过厚引起的脱膜风险，本发明在降低膜层厚度的同时兼顾膜层的高反射率。
Description
技术领域
本发明涉及红外光学薄膜技术领域，具体涉及一种红外长波高反膜、制备方法和应用。
背景技术
红外高反膜作为光学薄膜应用于很多红外光学系统中，如红外激光系统、太阳能电池等，常规传统红外高反膜的镀制方法一般采用单一金属镀膜或纯介质镀膜，金属膜的反射率一般在98％左右，无法达到高反射的要求，而纯介质镀膜虽然能够达到99％以上的反射率，但是膜层过厚，一般均在十几甚至几十微米，过厚的膜层导致膜层内应力巨增，脱膜的风险也巨增。
现有专利如中国专利公开号为：CN206281994U，该专利的名称为“可见光近红外透射中长波红外反射的宽光谱分色片”，该专利在光学基片1的一侧依次制备匹配膜层2和诱导透射膜层3，宽光谱分色片的膜系结构为：基片1/匹配膜层2/诱导透射膜层3/空气，所述的匹配膜层2为高、低折射率材料交叠的多层介质膜层，其膜系结构为：当匹配膜层2的膜层数为奇数时，膜系为：a1Ha2La3H…an-1LanH；当匹配膜层2的膜层数为偶数时，膜系为：a1Ha2La3H…an-1HanL，其中：H代表光学厚度为λ0/4的高折射率材料膜层，所述的高折射率材料为Ta2O5、Nb2O5或TiO2；L代表光学厚度为λ0/4的低折射率材料膜层，所述的低折射率材料为SiO2；λ0为中心波长；a1，a2，a3，…，an-1，an代表匹配膜层2各膜层的光学厚度的系数，其值均为大于零的正数；n代表匹配膜层2的总层数，其值为6～12之间的整数。该专利在8～14μm波段反射率在88～94％之间，无法达到高反射。
现有技术的不足之处在于：如上述专利中，在红外8～12μm波段无法达到高反射的要求，现有技术无法在降低膜层厚度的同时兼顾膜层的高反射率。因此，本领域技术人员提供了一种红外长波高反膜、制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外长波高反膜、制备方法和应用，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种红外长波高反膜，所述高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为170～190nm/硫化锌为1155～1195nm/锗为642～682nm/硫化锌为1178～1218nm/锗为642～682nm/空气。
本发明采用金膜加介质膜的堆叠，能够在红外8～12μm波段实现更高的反射率，平均反射率大于99.7％，能够达到高反射的要求，其膜系结构总厚度小于4μm，能够避免纯介质膜层过厚引起的脱膜风险。
作为上述技术方案的进一步描述：所述膜系结构具体厚度为：基底/金为180nm/硫化锌为1175nm/锗为662nm/硫化锌为1198nm/锗为662nm/空气。
作为上述技术方案的进一步描述：所述基底为铜、硅或钼中的任意一种。
作为上述技术方案的进一步描述：所述高反膜采用真空蒸发镀膜制得。
一种红外长波高反膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S01：对基底材料进行清洗；
S02：将镀膜机真空抽至1.5*10-3Pa以下压力，加热至150～180℃；
S03：在镀膜机内对基底材料进行离子清洗，消除基底材料表面残留脏污，提高膜基结合力；
S04：按照膜系结构及厚度依次进行镀膜处理；
S05：镀膜完成后，保持温度150～180℃，加热老化膜层，释放膜层应力。
作为上述技术方案的进一步描述：所述S04中镀金膜和硫化锌膜时，采用蒸发舟电阻加热方式镀膜，能够提高稳定性，镀锗膜时采用电子束加热蒸发方式镀膜，能够快速提升温度。
作为上述技术方案的进一步描述：所述S04中镀金膜和硫化锌膜时，均采用离子源辅助镀膜，能够增加膜层致密度。
作为上述技术方案的进一步描述：所述S04中锗的镀膜速率为0.3～0.5nm/s，硫化锌的镀膜速率为0.4～0.9nm/s，提高膜层致密度。
作为上述技术方案的进一步描述：所述S05中的加热时间为20～40min。
一种红外长波高反膜的应用，所述红外长波高反膜在红外激光系统、太阳能电池上的应用。
在上述技术方案中，本发明提供的一种红外长波高反膜、制备方法和应用具备的有益效果：
本发明采用金膜加介质膜的堆叠，能够在红外8～12μm波段实现更高的反射率，平均反射率大于99.7％，且本发明膜系结构总厚度小于4μm，厚度更薄，降低了膜层应力，能够避免纯介质膜层过厚引起的脱膜风险，本发明在降低膜层厚度的同时兼顾膜层的高反射率。
应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。
本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例5提供的一种红外长波高反膜的光谱效果图。
具体实施方式
为使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
请参阅图1，
实施例1
一种红外长波高反膜，高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为180nm/硫化锌为1175nm/锗为662nm/硫化锌为1198nm/锗为662nm/空气。
膜层总厚度为：3.877μm。
实施例2
一种红外长波高反膜，高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为180nm/硫化锌为1185nm/锗为670nm/硫化锌为1200nm/锗为670nm/空气。
膜层总厚度为：3.905μm。
实施例3
一种红外长波高反膜，高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为170nm/硫化锌为1155nm/锗为642nm/硫化锌为1178nm/锗为642nm/空气。
膜层总厚度为：3.787μm。
实施例4
一种红外长波高反膜，高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为190nm/硫化锌为1195nm/锗为682nm/硫化锌为1218nm/锗为682nm/空气。
膜层总厚度为：3.967μm。
实施例5
一种红外长波高反膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S01：对抛光好的硅镜片进行超声波清洗，清洗干净后将硅片放入蒸发镀膜机的夹具上；
S02：将镀膜机真空抽至1.5*10-3Pa以下压力，加热至150℃；
S03：开启离子源，在镀膜机内对硅片进行离子清洗，清洗时间为300s；
S04：按照膜系结构及厚度：基底/金为180nm/硫化锌为1175nm/锗为662nm/硫化锌为1198nm/锗为662nm/空气，依次进行镀膜处理，镀金膜和硫化锌膜时，采用蒸发舟电阻加热方式镀膜，并采用离子源辅助镀膜，镀锗膜时采用电子束加热蒸发方式镀膜，其中，锗的镀膜速率为0.3nm/s，硫化锌的镀膜速率为0.4nm/s；
S05：镀膜完成后，保持温度150℃，加热20min老化膜层，取出镜片即可。
用红外光谱仪对本实施例中镀膜后的镜片进行光谱测试，具体测试结果详见附图1，其中，X坐标为光波长度(nm)，Y坐标为反射率(％)。
由附图1可知，本发明制备方法制得的红外高反膜，其在8～12μm波段处的平均反射率为99.73％，大于99.7％。
实施例6
一种红外长波高反膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S01：对抛光好的铜片经过丙酮、酒精擦拭干净，后将铜片放入蒸发镀膜机的夹具上；
S02：将镀膜机真空抽至1.5*10-3Pa以下压力，加热至180℃；
S03：开启离子源，在镀膜机内对铜片进行离子清洗，清洗时间为400s；
S04：按照膜系结构及厚度：基底/金为180nm/硫化锌为1185nm/锗为670nm/硫化锌为1200nm/锗为670nm/空气，依次进行镀膜处理，镀金膜和硫化锌膜时，采用蒸发舟电阻加热方式镀膜，并采用离子源辅助镀膜，镀锗膜时采用电子束加热蒸发方式镀膜，其中，锗的镀膜速率为0.5nm/s，硫化锌的镀膜速率为0.9nm/s；
S05：镀膜完成后，保持温度180℃，加热40min老化膜层，取出镜片即可。
用红外光谱仪对本实施例中镀膜后的镜片进行光谱测试，测试结果与图1近似，在8～12μm波段处的平均反射率大于99.7％。
实施例7
一种红外长波高反膜的应用，红外长波高反膜在红外激光系统、太阳能电池上的应用。
综上，本发明采用金膜加介质膜的堆叠，能够在红外8～12μm波段实现更高的反射率，平均反射率大于99.7％，且本发明膜系结构总厚度小于4μm，厚度更薄，降低了膜层应力，能够避免纯介质膜层过厚引起的脱膜风险，本发明在降低膜层厚度的同时兼顾膜层的高反射率。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种红外长波高反膜，其特征在于：所述高反膜的膜系结构依次为：基底/金/硫化锌/锗/硫化锌/锗/空气，其膜系结构具体厚度为：基底/金为170～190nm/硫化锌为1155～1195nm/锗为642～682nm/硫化锌为1178～1218nm/锗为642～682nm/空气。
2.根据权利要求1所述的一种红外长波高反膜，其特征在于，所述膜系结构具体厚度为：基底/金为180nm/硫化锌为1175nm/锗为662nm/硫化锌为1198nm/锗为662nm/空气。
3.根据权利要求1所述的一种红外长波高反膜，其特征在于，所述基底为铜、硅或钼中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种红外长波高反膜，其特征在于，所述高反膜采用真空蒸发镀膜制得。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种红外长波高反膜的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S01：对基底材料进行清洗；
S02：将镀膜机真空抽至1.5*10-3Pa以下压力，加热至150～180℃；
S03：在镀膜机内对基底材料进行离子清洗；
S04：按照膜系结构及厚度依次进行镀膜处理；
S05：镀膜完成后，保持温度150～180℃，加热老化膜层。
6.根据权利要求5所述的一种红外长波高反膜的制备方法，其特征在于，所述S04中镀金膜和硫化锌膜时，采用蒸发舟电阻加热方式镀膜，镀锗膜时采用电子束加热蒸发方式镀膜。
7.根据权利要求5所述的一种红外长波高反膜的制备方法，其特征在于，所述S04中镀金膜和硫化锌膜时，均采用离子源辅助镀膜。
8.根据权利要求5所述的一种红外长波高反膜的制备方法，其特征在于，所述S04中锗的镀膜速率为0.3～0.5nm/s，硫化锌的镀膜速率为0.4～0.9nm/s。
9.根据权利要求5所述的一种红外长波高反膜的制备方法，其特征在于，所述S05中的加热时间为20～40min。
10.一种基于权利要求1～4中任一项所述的红外长波高反膜的应用，其特征在于：所述红外长波高反膜在红外激光系统、太阳能电池上的应用。
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