3.7～4.8 μm中红外带通滤光膜研制

以光学薄膜理论为出发点,系统介绍了3.7～4.8 m带通滤光膜的理论设计与优化、实际生产制备以及成品测试方法。考虑到膜料性能及膜层匹配等问题,分别选用锗和一氧化硅作为高低折射率材料,并以氧化铝作为薄膜基底。确定了滤光膜的基础膜系,并使用Filmaster软件对膜系进行了设计和优化计算。在薄膜蒸镀过程中,根据材料选取合适的镀制工艺。通过温度控制、离子辅助等方法研制出了可靠性与光谱特性皆优的带通滤光膜,并对其光谱特性及膜层质量等进行了测试。根据设计目标修改工艺参数,最终确定可行的工艺流程,从而研制出了符合光学性能设计指标的3.7～4.8 m带通滤光膜。     

用于红外焦平面探测器的2.95～5.05 μm带通滤光膜

中波红外焦平面探测器因在红外制导导弹、红外夜视仪等军事领域的重要性而被广泛关注,其中带通滤光膜具有滤除杂散光和保护探测器的作用。本研究的目的是针对中波红外焦平面探测器滤光膜的关键技术问题,通过分析、选材、优化等方法,制备出性能良好的中波红外带通滤光膜。以Ge为高折射率材料和基底,以SiO为低折射率材料,设计了带通膜系结构。不仅实现了在0°入射角下对2.95～5.05 μm波段大于92%的高透过率、通带宽度优于3.7～4.8 μm的常规应用,而且对2.95～5.05 μm之外的其它波段也能达到良好的截止效果。经测试,其光洁度、牢固性等各方面性能良好,可以很好地应用于中波红外焦平面探测器。     

氧化铝基体3.7 μm与4.8 μm双波段带通滤光膜研制

以红外光学和薄膜技术为理论背景,详细介绍了氧化铝基体表面3.7 m与4.8 m双波段带通滤光膜的特性、制备及测试方法。氧化铝（Al2O3）由于其透光区域较宽,牢固度好,便于光学系统使用而被经常应用于中波红外光学系统中。采用软件优化计算和双面镀制截止带通滤光膜的方案,通过速率控制、离子辅助等工艺方法研制成功了可靠性和光谱特性皆优的双波段带通滤光薄膜。分析认为设计结构和优化算法对于薄膜通带平坦度、截止深度以及透过率有着明显的影响。制备工艺方面,除了合适的蒸发速率外,采取缓慢蒸发和弱离子能量辅助也是很重要的关键技术,最终光谱透过率测试平均大于87%,通过了环境测试,符合使用要求。     

双截止透可见带通滤光片研制

为了实现蓝宝石基底上双截止透可见区的特性(截止带波长为0.3～0.4 μm、0.8～1.1 μm,通带波长为0.4～0.8 μm),初始结构采用双截止膜系,可截止近紫外和近红外,在蓝宝石基底的一侧实现可见光高透的宽通带滤光片,选用TiO2和SiO2分别作为薄膜高、低折射率材料,来实现双波段截止的目的,薄膜的设计层数为42层,总厚度是3.6 μm,采用电子束蒸发物理气相沉积法来实现镀制,并通过分光光度计测试镀制样品的透射率,测试结果显示截止区(0.3～0.385 μm和0.824～1.1 μm),平均截止深度分别达到了0.029 %和0.127 %,通带0.405～0.788 μm波段的平均透过率达到97.68 %,通带半宽度HFWD为398 nm(402～800 nm),有效地抑制了“半波孔”现象出现,并具有双波段截止和高通带透过率的特点。在环境测试中:薄膜的稳定性良好,膜层间匹配度适宜。因此,该双波段截止透可见滤光片可用于某些极端的环境条件中。     

宽截止高Q值带通滤光片研究

选取TiO₂和SiO₂作为高、低折射率材料，采用传统设计方法(将长波通膜系和短波通膜系分别镀制于基底两侧，厚度分别为1.67μm和8.67μm)设计了蓝宝石基底宽截止高Q值带通滤光片。为避免膜厚差值过大导致的滤光片面形变化较大问题，重新调配了基底两侧的膜系，优化后两侧膜层的数量分别为49层和50层，膜层厚度分别为5.73μm和4.22μm。采用电子束蒸发物理气相沉积法镀制薄膜，并用分光光度计测试了样品的透过率。实验结果表明，样品在通带(521～596 nm)内的平均透过率达到96.59%，在截止区域的平均透过率为0.076%，通带矩形度为0.95，通带两边过渡带的陡度均为0.89%，具有高Q值的滤光片特性。此外，实验曲线和设计曲线的一致性较好，验证了优化两侧膜系结构的有效性。     

Ge基底8～11.5μm长波通滤光膜的研制

论述了在Ge基底上镀制8～11.5 μm红外长波通滤光膜.通过对Ge基底和Ge、ZnS膜料的色散计算,优化膜系设计,进行工艺实验以及膜层的光学及耐环境实验,制备出满足应用条件的红外长波通滤光片,并已批量生产.     

紫外固化系统热辐射滤光膜的研制

为了降低紫外固化系统光源的热辐射,根据光学薄膜理论,以HfO_2、AlF_3和Cr作为镀膜材料,采用反射与吸收相结合的结构,设计了紫外高反射、可见/近红外高吸收的滤光膜。通过在基底和膜系之间增镀Al膜作为过渡层,提高了薄膜的牢固性。通过优化工艺参数,研制了220~400nm波段平均反射率为90.6%、420~2000nm波段平均吸收率为92.4%的滤光膜。     

大角度激光通信带通滤光片的研究

为了满足激光通信系统的技术需求,选取Ti3O5、SiO2两种材料,采用前、后表面分别镀制长、短波通组合的方法,在HWB850基底上完成了在0°~60°范围内1064nm波段高透射,紫外、可见、近红外波段深截止滤光膜的设计,分析了实际测试曲线与理论曲线不吻合原因,并结合工艺的改进解决了偏差,最终制备的滤光片在0°入射时1064nm透过率91.7%,截止带透过率小于0.1%,60°入射时1064nm透过率86.9%,截止带透过率小于1%,具有良好的环境适应性,满足系统的技术需求。     

掺铥钼酸钆钡晶体1.9μm腔面膜的研制

根据Tm3+∶BaGd2(MoO4)4激光晶体的发光特性,以厚度为1.1 mm的该晶体为基底,选择Ta2O5和SiO2作为高低折射率膜料,通过电子枪蒸镀的物理沉积方式分别在晶体两端面设计并镀制了输入膜系和输出膜系,同时采用霍尔离子源辅助沉积来增强晶体与膜层之间的结合力。镀膜后的晶体输入端面795 nm透过率大于90%,1.9 μm透过率小于0.2%;输出端面795 nm透过率小于10%,1.9 μm透过率等于6.55%。通过采用795 nm波长的半导体激光泵浦镀膜后的晶体,实现了1.9 μm准连续激光输出,结果表明该激光输入输出膜系的镀制满足激光器实验的使用要求。     

基于单次曝光多光谱关联成像系统带通滤波器的研究

多光谱关联成像与传统点到点的成像方式不同,该技术是采用调制、解调的方式获取目标的图像信息。搭建了一套基于固定相位板的单次曝光多光谱关联成像系统,完成了多光谱关联成像系统中薄膜器件的研制。选择BK7玻璃作为基底材料,氧化铌(Nb₂O₅)和二氧化硅(SiO₂)为高、低折射率材料。根据光学薄膜基础理论,结合膜系设计软件进行膜系设计和模拟分析,通过建立膜系优化评价函数,实现了0°~30°入射450~700 nm带通滤光膜的设计,并在OZZSQ900型箱式真空镀膜机上完成了该薄膜的研制。通过优化SiO₂膜沉积速率,改善了薄膜表面缺陷,降低了散射损耗。对膜层的残余蒸镀进行分析,利用最小二乘法建立膜层厚度与残余蒸镀量之间拟合函数,调整监控方式,减小残余蒸镀,提高了制备过程中膜厚控制精度。采用安捷伦Cary5000分光光度计测试,在350~440 nm和710~800 nm波段透过率 T ＜0.5%,450~700 nm范围内,光线入射角0°~30°时平均透过率 T >98%的带通滤波器,满足系统使用要求,该研究具有重要的实际意义和工程价值。     

渐变滤光铬膜的遮板设计与真空镀制

论述了在平面光学零件上镀制渐变滤光铬膜时,遮板的设计方法及其真空镀制工艺。它对非平面任何透过率曲线的渐变滤光膜的设计与镀制,亦有参考价值     

红外探测器滤光膜的研究与制备

为满足红外探测器在1.064 m和3~5 m双波段透射,在1.2~2.8 m波段反射,可适应复杂的环境条件、具有高稳定性和可靠性等要求,依据薄膜的设计理论,选择合理的膜系设计方法,借助TFC膜系设计软件对膜系结构进行优化设计。并采用电子束真空蒸发和离子辅助沉积技术,在蓝宝石晶体基底上镀制红外多波段滤光膜。同时对所使用的薄膜材料的光学、物理、化学和机械特性进行分析与研究。通过反复试验,优化工艺参数,使多波段滤光膜得以实现。对所制得的薄膜进行测试,基本满足红外探测器的使用要求。     

ZnS上HfON保护膜及增透膜系的制备和性能研究

用氮氧化铪薄膜作为CVDZnS衬底的保护膜、由YbF3和ZnS组成的增透膜系分别在CVDZnS的两面制备了保护膜和增透膜,研究了镀膜前后CVDZnS在8~12 μm波段的光学性能,单面镀制增透膜之后CVDZnS在此波段的平均透过率由未镀膜前的74%提高到了82%,峰值透过率大于83.5%。在CVDZnS上镀制HfON保护膜后,其8~12 μm波段透过率没有明显的降低,同时硬度测试表明HfON薄膜的硬度约为11.6 GPa,远大于衬底CVDZnS的硬度。胶带实验和泡水试验表明,制备的保护膜和增透膜均和衬底有     

锗基底3～5μm和8～12μm双波段红外增透膜研究

文中简要叙述了双波段(3～5μm 和8～12μm) 红外增透膜的膜料选择以及锗基底上红外双波段增透膜的设计与镀制,介绍了离子束辅助沉积技术制备该薄膜的过程。提出了采用脉冲真空电弧离子镀技术镀制无氢类金刚石膜作为红外增透膜的保护膜,并讨论了镀制类金刚石膜后,镀膜元件的光谱特性。     

CaF2基底上近红外区宽带增透膜的研究

以CaF2为基底设计了一种近红外区的宽带增透膜,增透波长为0.9~1.7 μm。分析了宽带增透膜初始结构的基本设计原则。分别以TiO2和SiO2作为高低折射率材料,采用电子束蒸发物理气相沉积(EBPVD)的方法进行工艺制备。利用岛津分光光度计对样品的透过率进行测量,样品双面镀制该膜系,测试结果表明样品的平均透过率达98.95%,与设计结果基本符合,具有宽带的增透特性。环境测试表明:该薄膜具有良好的附着力和牢固度,可以应用于对产品可靠性要求较高的环境中。     

中红外高激光破坏阈值薄膜的研究

针对中红外波段（尤其是2.94 μm波长）,选择合适的薄膜材料并结合适当的制备工艺参数,优化制备出了几种高破坏阈值2.94 μm激光腔镜。使用了1.06 μm和2.94 μm两种波长的激光对样品进行了破坏阈值实验。通过实验结果进行对比,总结出该波段高破坏阈值光学薄膜的一些独特性质以及镀制要求,得出一套有效地镀制高激光破坏阈值中红外薄膜的方案。所镀腔镜经过自制的自由震荡式长脉宽2.94 μm Er:YAG激光器的使用检验,满足使用要求。     

光纤尾纤波分复用滤光膜的研制

根据光纤通信无源器件对光学薄膜的特殊需求, 要求在光纤尾纤上镀制较复杂的波分复用滤光膜, 针对光纤镀膜所存在的难点问题, 利用TFCalc 膜系设计软件采用解析法设计出一个初始的规整膜系, 再结合梯度优化法在该规整膜系上有选择性的局部优化, 并考虑镀膜设备所允许的膜层灵敏度, 评估其鲁棒性和可镀制性, 从而设计出满足光谱特性要求的滤光膜膜系.然后通过对德国莱宝APS1104 型镀膜机进行内部结构改造并选择合适的冷镀工艺, 最终采用离子源辅助沉积对所设计的膜系进行了实际镀制, 获得了性能优良的光纤尾纤波分复用滤光膜.     

低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪III 型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05 μm光谱高效透射,1.35~13 μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度（LPS）。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。     

红外探测器用滤光片的技术现状及应用

近红外滤光片和中红外带通滤光片在航天、气象和遥感等领域都有重要的应用。红外滤光片是让红外光透过而使其他波长光截止的滤光片,它的主要指标是峰值透过率。带通滤光片的重要指标是峰值透过率和通带半宽度。光学薄膜的膜系结构和具体设计对这些指标起决定性作用。本文主要介绍这两种滤光片的几例实际运用。     

国外光器件加工工艺现状及其发展动向(下)

二、光学镀膜工艺光器件制造过程中,常常要镀制各种光学薄膜,如增透膜(减反射膜)、反射膜(金属反射膜、多层介质膜)、析光膜、分光膜、干涉滤光膜等等。因此,光学薄膜的镀制是光器件制造的重要工艺之一。