双波段3.0～5. 0μm 和7. 0～10. 0μm宽带增透膜的研究

　　为了增加红外窗口的透射率，研制了硫化锌基底上的双波段宽带增透膜。膜系设计采用硫化锌和氟化钇分别作为高、低折射率材料的多层膜结构。镀制的增透膜在中波红外和长波红外波段具有高的透射率，在3.0 ～ 5.0μm 波段平均透射率大于92%，在7.0 ～ 10.0 μm 波段平均透射率大于90%，并且满足环境性能试验的要求。

1、引言

　　红外技术是现代战争中重要的战略和战术手段，在军事上具有举足轻重的地位。红外窗口是红外技术的关键部件，它既要保证光学系统的成像质量，又要保护红外传感器不被外界破坏损伤。红外窗口通常在恶劣环境中工作，要经受热冲击、风沙和雨雪的撞击、海水腐蚀等，这些因素都会造成红外窗口透射率降低，影响光电器件的正常工作。

　　常用的红外窗口材料有蓝宝石、ZnS、ZnSe、Ge 和Si 等。另外，还可选择如尖晶石、AlON 和MgF2等其他材料。红外窗口材料除了必须具有高的红外透射率、低吸收系数等优良特性外，还必须具有高的机械强度、耐磨损、抗风沙雨蚀、抗化学腐蚀等性能，且在高温、低温及辐射作用等各种苛刻条件下，其光学和物理化学性能稳定性良好。而多光谱多晶ZnS 是目前用作红外窗口的最佳材料，但是ZnS 的理论透射率仅为75%(不考虑吸收) ，因此必须镀制增透膜来解决红外光学系统窗口透射率低的问题。对这种增透膜的要求是:与基底附着力良好、能明显提高基底的透射率，并且易于工艺实现; 对各种衬底要有很好的粘附性; 必须具有红外透明、吸收系数小，能抗热冲击、耐高温、抗雨水冲击等特点。目前对红外增透膜的研究，大都集中在一个红外波段如3 ～ 5 μm 或8 ～ 12 μm 等，3.0 ～ 5.0 μm 和7.0 ～ 10.0 μm 波段是航天航空遥感中信息量比较集中的一个波段。因此，研究硫化锌基底上3.0 ～ 5.0 μm和7.0 ～ 10.0 μm 双波段宽带增透膜的设计与制备具有重要意义。

4、结果与讨论

　　4.1、光学性能测试

　　图2 是所镀制的增透膜系采用PE 公司system 2 000 红外傅里叶光谱仪测试的光谱曲线，从图中可以看出中波红外和长波红外谱段具有高的透射，3.0 ～ 5.0 μm 平均透射率为92. 35%，7.0 ～ 10.0 μm 平均透射率为90.24%，比镀膜前72.64%的平均透射率有明显提高，镀膜零件满足设计要求。硫化锌基底镀制增透膜后中波段透射率较高，长波波段透射率相对较低，分析为增透膜中的氟化钇膜料在长波段存在吸收，故而在膜系设计时尽量减小氟化钇的厚度。

图2 硫化锌基底增透膜的实测光谱曲线

　　4.2、环境性能测试

　　为了测试镀制的增透膜能否适应各种恶劣的使用环境，进行了多种环境稳定性实验，包括: 冷热冲击实验、水溶性实验、盐溶性实验、附着力实验等。冷热冲击实验条件为液氮温度冷却30 min， 50 ℃保温60 min，循环5 次，实验后膜层没有裂纹或脱落;水溶性实验: 样片在纯水中浸泡24 h 后，膜层完好没有气泡、脱落等; 盐溶性实验: 在5% 盐水中浸泡24 h后，膜层没有气泡、脱落; 样片进行膜层附着力检验，将剥落强度为2 ～ 4 N/cm 的3 M 胶带纸牢牢粘在膜层表面，把胶带纸从零件的边缘朝表面的垂直方向迅速拉起，结果无脱膜和起皮现象; 对薄膜样品进行耐擦拭性检验，使用干燥洁净的医药纱布蘸无水乙醇在膜层表面进行至少50 次的直线擦拭后膜层的光学表面无裂纹、划痕等现象。系列环境实验结果表明，所研制的增透膜附着牢固，环境稳定性好。

5、结论

　　根据硫化锌红外窗口的光谱要求，利用TFCalc 光学薄膜设计软件，设计出光谱特性满足要求的增透膜系，采用离子束辅助电阻蒸发的方法镀制了硫化锌基底3.0 ～ 5.0 μm 和7.0 ～ 10.0 μm 双波段宽带增透膜，镀制的增透膜在中波红外和长波红外谱段具有高的透率，3.0 ～ 5.0 μm 平均透射率大于92%，7.0 ～ 10.0μm 平均透射率大于90%，其环境性能试验满足要求。