8μm～12μm红外减反射膜镀制的工艺研究

摘要

作为重要的大气窗口，8μm～12μm是常用的红外波段，涵盖了常用的发动机、驱动设备和燃气等热源所发出的红外波波长范围。常用于探测车辆、飞机和舰艇等目标。
　　本文所进行的工艺研究是针对某型直升机机载观瞄系统中红外光学元件的减反射膜镀膜加工。系统中红外光学元件所使用的基板材料有锗(Ge)和硒化锌(ZnSe)两种，对薄膜的技术要求为:8μm～12μm范围内平均透射率不小于95％。
　　针对要求，参考红外减反射光学薄膜的常用加工方式，并考察已有的镀膜、测量设备和具备的其他条件。确定选择在真空状态下使用电阻热蒸发和电子束蒸发这种最为常见和经济的沉积方式来沉积薄膜材料，同时利用离子源辅助沉积技术用以提高所制备光学薄膜的物理特性。
　　在确定了试验方式后，编制了试验方案:首先，依照经典薄膜理论中减反射膜的光学原理，确定了薄膜的初始模型。然后，分析了常用的红外薄膜材料的具体性能，并根据需要对材料进行了选择。选取了真空度、温度等影响材料特性的过程参数并在确定的状态下得出优选材料的材料参数，并将材料参数导入膜系软件中。最后，选择适当的优化方式对初始膜系设计进行了进一步的优化，设计出较为理想的膜系结构设计方案。
　　在锗(Ge)和硒化锌(ZnSe)两种材料基底上将确定的试验方案分别进行了试验，并对试验结果进行光谱及耐受测试。测试结果为:在8μm～12μm范围内，锗(Ge)和硒化锌(ZnSe)基底上平均透射率分别为96.1％和97.8％，并且能够承受耐高温、湿热等恶劣环境的测试。在锗(Ge)和硒化锌(ZnSe)基底上镀制的减反射薄膜满足系统技术要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景和意义

1．2 国内外研究

1．3 主要研究内容和结构安排

2 光学薄膜理论

2．1 光学薄膜特性的理论基础

2．1．1 麦克斯韦方程

2．2．2 光学导纳

2．1．3 菲涅尔公式

2．1．4 薄膜干涉原理

2．1．5 计算薄膜的反射率

2．2 减反射膜设计原理

2．2．1 单层减反射膜

2．2．2 双层减反射膜

2．2．3 多层减反射膜及对称膜系的等效折射率

2．2．4 薄膜的优化

3 红外减反射膜工艺设计

3．1 基底材料

3．1．1 锗(Ge)

3．1．2 硒化锌(ZnSe)

3．2 薄膜材料

3．2．1 薄膜材料的要求

3．2．2 常用红外薄膜材料

3．3 膜系设计

3．3．1 Ge基底

3．3．2 ZnSe基底

3．3．3 膜系及膜料的确定

4 工艺研究

4．1 设备介绍

4．1．1 真空系统

4．1．2 蒸发系统

4．1．3 膜厚控制系统

4．2 APS离子源原理及使用

4．2．1 APS离子源

4．2．2 APS离子源辅助沉积工艺参数的选择

4．3 工艺参数的确定及光学常量计算

4．3．1 工艺参数的确定

4．3．2 光学常量的计算

4．4 Macleod薄膜设计软件优化薄膜设计

4．5 减反射膜制作

4．5．1 镀膜前基表板面的清洁

4．5．2 镀膜过程

5 工艺结果

5．1 光谱曲线测量结果

5．2 误差分析

5．3 薄膜耐环境性能测试

6 结论

致谢

参考文献