一种ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜及ZnS光窗

摘要

本发明涉及光学器件及其加工技术领域，具体公开了一种以ZnS为基底，在1064nm和8μm～10μm两个光波段具有大入射角高透过率的增透膜，同时还公开了一种采用该增透膜的ZnS光窗。该增透膜由六个膜层组成，第1、3、5膜层的膜料为YbF

说明书

技术领域

本发明涉及光学器件及其加工技术领域，具体涉及一种以ZnS为基底，在1064nm和8μm～10μm两个光波段具有大入射角的增透膜，同时还涉及一种采用该增透膜的ZnS光窗。

背景技术

热等静压多光谱ZnS基底是机载光电系统光窗类光学零件的主要备选材料之一。因探测目标对飞行器的相对位置的不同、飞行器本身气动性能及飞行器整体隐身性能的需求，红外探测系统光窗的入射角越来越扩展到大角度。本发明涉及到的波长是1064nm和8μm～10μm两个光波段，设计入射角是50°±20°。

据文献报道，针对ZnS基底的红外多波段增透膜的研究工作已经开展了一段时间，但是到目前为止，还未见有大角度要求的红外增透膜的相关报道。研究工作表明，膜层厚度的控制精度和工艺可行性、重复性是一直以来在光学工程研究领域光学镀膜部分的主要问题所在。在机载光电系统领域光窗的透过率是系统设计所关注的重点问题之一。另外，在大入射角情况下如何保证1064nm和8μm～10μm两个光波段的透过率，同时考虑到工艺可行性和重复性等重要因素，也是该膜系设计的主要难点。而且把这些因素考虑到膜系设计当中，使膜系的可镀制性、重复性达到预期目标也是我们需要解决的主要任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜。

同时，本发明的目的还在于提供一种ZnS光窗。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜，该增透膜由六个膜层组成，增透膜的结构为：第1膜层/第2膜层/第3膜层/第4膜层/第5膜层/第6膜层，第1膜层镀制于ZnS基底表面，第1膜层、第3膜层和第5膜层的膜料均为YbF₃，第2膜层、第4膜层和第6膜层的膜料均为ZnS，第1膜层的膜层厚度为73.09nm±0.8nm，第2膜层的膜层厚度为67.77nm±0.7nm，第3膜层的膜层厚度为528.47nm±5.3nm，第4膜层的膜层厚度为67.84nm±0.7nm，第5膜层的膜层厚度为275.82nm±2.8nm，第6膜层的膜层厚度为243.34nm±2.5nm；该增透膜的总物理厚度为1235.35nm±12.8nm。膜层的厚度数据中，“±”前面部分均为膜层设计厚度，“±”后面部分均为膜层厚度容差。以“第4膜层的膜层厚度为67.84nm±0.7nm”为例，其中“67.84nm”为膜层设计厚度，“0.7nm”为膜层厚度容差。

一种镀制有上述ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜的ZnS光窗，包括ZnS基底，在ZnS基底表面依次镀制有第1膜层、第2膜层、第3膜层、第4膜层、第5膜层和第6膜层，该ZnS光窗的结构为：ZnS基底/第1膜层/第2膜层/第3膜层/第4膜层/第5膜层/第6膜层，第1膜层、第3膜层和第5膜层的膜料均为YbF₃，第2膜层、第4膜层和第6膜层的膜料均为ZnS，第1膜层的膜层厚度为73.09nm±0.8nm，第2膜层的膜层厚度为67.77nm±0.7nm，第3膜层的膜层厚度为528.47nm±5.3nm，第4膜层的膜层厚度为67.84nm±0.7nm，第5膜层的膜层厚度为275.82nm±2.8nm，第6膜层的膜层厚度为243.34nm±2.5nm，第1膜层、第2膜层、第3膜层、第4膜层、第5膜层和第6膜层的总物理厚度为1235.35nm±12.8nm。

本发明提供的ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜的膜系结构设计合理，并且各膜层的设计厚度都存在约1%的膜层厚度可调范围，减小了膜层厚度控制精度的要求，因此本发明提供的ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜具有镀制工艺简单，易于操作的优点，镀制工艺的可行性、重复性好。

本发明提供的镀制有ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜的ZnS光窗在1064nm波段附近，在30°到70°入射角范围内，其透过率为78%～97%；在8μm～10μm波段，在30°到70°入射角范围内，其透过率为74.5%～97%。

附图说明

图1为本发明实施例2提供的ZnS光窗在1064nm光波段附近，30°到70°入射角范围内的透过率曲线图，曲线A为入射角为30°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线B为入射角为40°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线C为入射角为50°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线D为入射角为60°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线E为入射角为70°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线；

图2为本发明实施例2提供的ZnS光窗在8μm～10μm光波段，30°到70°入射角范围内的透过率曲线图，曲线A1为入射角为30°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线B1为入射角为40°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线C1为入射角为50°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线D1为入射角为60°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线E1为入射角为70°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线；

图3为本发明实施例3提供的ZnS光窗在1064nm光波段附近，30°到70°入射角范围内的透过率曲线图，曲线A为入射角为30°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线B为入射角为40°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线C为入射角为50°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线D为入射角为60°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线，曲线E为入射角为70°时，在1064nm光波段附近的透过率变化曲线；

图4为本发明实施例3提供的ZnS光窗在8μm～10μm光波段，30°到70°入射角范围内的透过率曲线图，曲线A1为入射角为30°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线B1为入射角为40°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线C1为入射角为50°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线D1为入射角为60°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线，曲线E1为入射角为70°时，在8μm～10μm光波段的透过率变化曲线。

具体实施方式

实施例1

本实施例是ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜的具体实施例，该增透膜由六个膜层组成，其结构为：第1膜层/第2膜层/第3膜层/第4层/第5膜层/第6膜层，第1膜层镀制于ZnS基底表面，第1膜层、第3膜层和第5膜层的膜料均为YbF₃，第2膜层、第4膜层和第6膜层的膜料均为ZnS，第1膜层的膜层厚度为73.02nm，第2膜层的膜层厚度为67.81nm，第3膜层的膜层厚度为523.47nm，第4膜层的膜层厚度为67.24nm，第5膜层的膜层厚度为273.82nm，第6膜层的膜层厚度为242.44nm；该增透膜的总物理厚度为1247.8nm。

实施例2

本实施例是镀制有ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜的ZnS光窗的具体实施例，包括ZnS基底，在ZnS基底上镀制有实施例1的ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜，该ZnS光窗的结构为：ZnS基底/第1膜层/第2膜层/第3膜层/第4膜层/第5膜层/第6膜层，第1膜层、第3膜层和第5膜层的膜料均为YbF₃，第2膜层、第4膜层和第6膜层的膜料均为ZnS，第1膜层的膜层厚度为73.02nm，第2膜层的膜层厚度为67.81nm，第3膜层的膜层厚度为523.47nm，第4膜层的膜层厚度为67.24nm，第5膜层的膜层厚度为273.82nm，第6膜层的膜层厚度为242.44nm；膜层的总物理厚度为1247.8nm。

实施例3

本实施例是镀制有ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜的ZnS光窗的又一具体实施例，包括ZnS基底，在ZnS基底上镀制有ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜，ZnS基底1064nm、8μm～10μm光波段大入射角增透膜由六个膜层组成，其结构为第1膜层/第2膜层/第3膜层/第4层/第5膜层/第6膜层，该ZnS光窗的结构为：ZnS基底/第1膜层/第2膜层/第3膜层/第4膜层/第5膜层/第6膜层，第1膜层、第3膜层和第5膜层的膜料均为YbF₃，第2膜层、第4膜层和第6膜层的膜料均为ZnS，第1膜层的膜层厚度为73.09nm，第2膜层的膜层厚度为67.77nm，第3膜层的膜层厚度为523.17nm，第4膜层的膜层厚度为67.84nm，第5膜层的膜层厚度为273.02nm，第6膜层的膜层厚度为242.35nm；膜层的总物理厚度为1247.24nm。

制备实施例2和实施例3提供的ZnS光窗的方法：在ZnS基底上镀制增透膜，镀制前用300eV的离子清洗ZnS基底5分钟，镀制增透膜的顺序依次为第1膜层、第2膜层、第3膜层、第4膜层、第5膜层、第6膜层，增透膜的镀制工艺为：开始镀制前真空度高于1×10^-3Pa，镀制过程中工件盘转速高于60转/min，工件盘加热设定温度为200℃，监控片加工温度180℃，加热速度控制在10℃/10min以内，蒸镀YbF₃、ZnS材料的方式为电阻热蒸发方式，镀制第1膜层、第3膜层、第5膜层时YbF₃蒸发速率低于3nm/s，镀制第2膜层、第4膜层、第6膜层时ZnS蒸发速率低于5nm/s。

对实施例2和实施例3提供的ZnS光窗的透过率进行了测试，测试结果见图1-图4所示。从图1-图4中可以看出，实施例2、实施例3提供的ZnS光窗在1064nm光波段附近，30°到70°入射角范围内，其透过率为78%～97%；在8μm～10μm光波段，30°到70°入射角范围内，其透过率为74.5%～97%。