一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構制造技術

本發明專利技術提出一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，包括氟化鎂基片和減反射高強度保護膜系，減反射高強度保護膜系由四個膜層疊加構成，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍制在氟化鎂基片的表面上，膜層厚度18～24nm；第二膜層為硫化鋅膜層，膜層厚度495～503nm，并鍍制在第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度112～120nm，并鍍制在第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜層，膜層厚度498～502nm，并鍍制在第三膜層上。本發明專利技術采用多層粘接層技術，解決了DLC高強度保護膜與氟化鎂基底之間的應力匹配問題，整個薄膜系統和氟化鎂基底結合牢固，同時多層粘接層與DLC膜構成多層減反射膜系，有效降低了由于基底和DLC保護膜的折射率不匹配而引起的表面反射損失。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學薄膜
，具體為一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，用于高速運動平臺的光學窗口。
技術介紹
氟化鎂在中波紅外區域具有良好透過性能，其熱膨脹系數小，導熱率高，耐高溫，抗熱沖擊性能優異；即使在300℃的高溫下，其紅外透過性能仍幾乎和室溫時的一致；表面反射只有2.5％左右，即使不鍍減反射膜也會有很高的透過率。氟化鎂具有如此多的優點，成為較早用做高速飛行器窗口和整流罩的材料之一，其在國內外的研究與應用已近50年，目前仍是使用最為廣泛的中波紅外窗口和整流罩材料。但氟化鎂用作光學窗口也有一定的局限性：(1)氟化鎂材料屬于脆性材料，機械強度低、易劃傷、抗腐蝕能力和抗潮性能低，所以窗口的抗惡劣環境能力較差，尤其在抗砂塵沖擊方面；(2)為了提高熱壓氟化鎂窗口對惡劣環境的適應能力，必須在其外表面鍍制能夠抵抗雨蝕、沙蝕沖擊的高強保護膜，但氟化鎂基底與絕大多數常用薄膜材料的結合較差，膜層極易出現龜裂和脫膜。對氟化鎂基底的保護膜膜系結構，已有文獻作了報道。據查新，付秀華等在2006年第12期《激光與紅外》期刊1162～1164頁發表了題為“紅外增透與保護膜技術的研究”的論文，該論文公開了作者利用TiO2和SiO2兩種材料構成的多層紅外增透與保護膜，在氟化鎂基底上實現了3.5μm～4.9μm范圍內的紅外增透，使單面剩余反射率由2.5％減少到1.2％，并能承受濕熱和淋雨測試。由于膜系最外層采用了SiO2材料，雖然在一定程度上提高了氟化鎂基底的強度，但由于SiO2材料本身硬度的局限，保護膜不能具備承受高速砂塵沖擊的能力，所以膜層并不適用于高速運動平臺的光學窗口，因為高速運動平臺的光電系統處于惡劣工作環境中，對膜層的牢固度、強度、環境適應性要求很高，申請人對上述膜層以及目前公開的普通膜層按照國軍標進行試驗，均無法滿足要求。
技術實現思路
要解決的技術問題為解決現有技術存在的問題，本專利技術提出了一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，采用多層粘接層技術，解決了DLC(類金剛石膜)高強度保護膜與氟化鎂基底之間的應力匹配問題，整個薄膜系統和氟化鎂基底結合牢固，同時多層粘接層與DLC膜構成多層減反射膜系，有效降低了由于基底和DLC保護膜的折射率不匹配而引起的表面反射損失。該膜系結構膜層牢固，可以大幅提高氟化鎂的表面強度，提高氟化鎂光學窗口對惡劣環境的適應能力，提高窗口抵抗雨滴、砂塵等高速沖擊的能力，能通過吹塵、淋雨、風洞、高低溫存儲、濕熱、摩擦、附著力等試驗，實現3μm～5μm中波紅外波段剩余平均反射率小于2.95％，從而提高高速作戰平臺光電系統的可靠性，降低光學窗口的更換頻率。技術方案本專利技術的技術方案為：所述一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，其特征在于：包括氟化鎂基片和減反射高強度保護膜系，所述減反射高強度保護膜系由四種薄膜材料制備的四個膜層疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍制在所述氟化鎂基片的表面上，膜層厚度18～24nm；第二膜層為硫化鋅膜層，膜層厚度495～503nm，并鍍制在所述第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度112～120nm，并鍍制在所述第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜層，膜層厚度498～502nm，并鍍制在所述第三膜層上。有益效果隨著現代先進光電系統的飛速發展，其作用距離越來越遠，作用精度也越來越高。同時，為了保證高速運動平臺光電系統在惡劣環境下的工作能力，其對環境適應性要求也越來越苛刻。而且高速運動平臺的可靠性與作用距離及作用精度同樣重要，尤其紅外光電系統，這一需求顯得更為突出。氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，通過高強度保護層技術，解決氟化鎂窗口的軟肋問題，提高了窗口抵抗雨蝕、吹塵等極端環境的能力，擴大氟化鎂窗口在高速運動平臺上的應用范圍；采用多層粘接層技術，提高了保護層與基底結合的牢固度，使粘接層與保護層構成多層減反射膜系結構，有效降低了由于保護層引起的窗口表面的反射損失。主要應用于高速運動平臺，對窗口內部的光學器件起到保護作用，并對工作光波高效透過，從而提高光學系統的壽命，并直接影響到光學系統的作用距離及作用精度。由于膜層主要用于處于惡劣工作環境下的光學窗口上，所以對膜層的牢固度、強度、環境適應性要求較高，本專利技術采用強度非常高的DLC作為保護膜層，目前已通過《MIL-STD-810F》中510.4的9小時吹塵試驗，《GJB150.8A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法》第8部分30min淋雨試驗，2分鐘1.5馬赫的風洞試驗，《GJB2485-95》中第3部分的高低溫存儲試驗、濕熱試驗、摩擦試驗、附著力試驗等，抗戰場惡劣環境能力極強。實現了3μm～5μm光譜區的剩余平均反射率小于2.95％。附圖說明圖1是本專利技術氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構示意圖。圖2是本專利技術實施例1的反射率曲線。圖3是本專利技術實施例2的反射率曲線。圖4是本專利技術實施例3的反射率曲線。圖5是本專利技術實施例4的反射率曲線。圖6是本專利技術實施例5的反射率曲線。具體實施方式本專利技術提出的氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構包括氟化鎂基片和減反射高強度保護膜系，所述減反射高強度保護膜系由四種薄膜材料制備的四個膜層交替疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍制在所述氟化鎂基片的表面上，膜層厚度18～24nm；第二膜層為硫化鋅膜層，膜層厚度495～503nm，并鍍制在所述第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度112～120nm，并鍍制在所述第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜膜層，膜層厚度498～502nm，并鍍制在所述第三膜層上。該膜系結構主要應用于高速運動平臺，對窗口內部的光學器件起到保護作用，并對工作光波高效透過，從而提高光學系統的壽命，并直接影響到光學系統的作用距離及作用精度。目前已通過《MIL-STD-810F》中510.4的9小時吹塵試驗，《GJB150.8A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法》第8部分30min淋雨試驗，2分鐘1.5馬赫的風洞試驗，《GJB2485-95》中第3部分的高低溫存儲試驗、濕熱試驗、摩擦試驗、附著力試驗等，抗戰場惡劣環境能力極強。實現了3μm～5μm光譜區的剩余平均反射率小于2.95％。下面結合具體實施例描述本專利技術：實施例1：透明基片采用氟化鎂基片，減反射高強度保護膜系由四種薄膜材料制備的四個膜層疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍制在所述氟化鎂基片的表本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，其特征在于：包括氟化鎂基片和減反射高強度保護膜系，所述減反射高強度保護膜系由四種薄膜材料制備的四個膜層疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍制在所述中波紅外透明基片的表面上，膜層厚度18～24nm；第二膜層為硫化鋅膜層，膜層厚度495～503nm，并鍍制在所述第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度112～120nm，并鍍制在所述第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜層，膜層厚度498～502nm，并鍍制在所述第三膜層上。

【技術特征摘要】
1.一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，其特征在于：包括氟化
鎂基片和減反射高強度保護膜系，所述減反射高強度保護膜系由四種薄膜材料制
備的四個膜層疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍制在所述中波紅外透
明基片的表面上，膜層厚度18～24nm；第二膜層為硫化鋅膜層，膜層厚度495～
503nm，并鍍制在所述第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度112～120nm，
并鍍制在所述第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜層，膜層厚度498～502nm，并
鍍制在所述第三膜層上。
2.根據權利要求1所述一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，其
特征在于：包括氟化鎂基片和減反射高強度保護膜系，所述減反射高強度保護膜
系由四種薄膜材料制備的四個膜層疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍
制在所述中波紅外透明基片的表面上，膜層厚度19nm；第二膜層為硫化鋅膜層，
膜層厚度503nm，并鍍制在所述第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度112nm，
并鍍制在所述第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜層，膜層厚度502nm，并鍍制
在所述第三膜層上。
3.根據權利要求1所述一種氟化鎂中波紅外光學窗口高強度保護膜的膜系結構，其
特征在于：包括氟化鎂基片和減反射高強度保護膜系，所述減反射高強度保護膜
系由四種薄膜材料制備的四個膜層疊加構成，其中，第一膜層為氟化鎂膜層，鍍
制在所述中波紅外透明基片的表面上，膜層厚度18nm；第二膜層為硫化鋅膜層，
膜層厚度496nm，并鍍制在所述第一膜層上；第三膜層為鍺膜層，膜層厚度114nm，
并鍍制在所述第二膜層上；第四膜層為類金剛石膜層，膜層厚度500nm，并鍍制
在所述第三膜層上。

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建付，楊崇民，米高園，張萬虎，劉青龍，黎明，王松林，劉方，楊建軍，金珂，趙興梅，楊華梅，王潤榮，董瑩，
申請(專利權)人：西安應用光學研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61