[發(fā)明專(zhuān)利]一種氟化鎂中波紅外光學(xué)窗口高強(qiáng)度保護(hù)膜的膜系結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610273523.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105824061B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建付;楊崇民;米高園;張萬(wàn)虎;劉青龍;黎明;王松林;劉方;楊建軍;金珂;趙興梅;楊華梅;王潤(rùn)榮;董瑩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安應(yīng)用光學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G02B1/14
• 分類(lèi)號(hào): G02B1/14;G02B1/115
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心61204
• 代理人: 陳星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氟化鎂中波紅外光學(xué)窗口高強(qiáng)度保護(hù)膜的膜系結(jié)構(gòu)，用于高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的光學(xué)窗口。

背景技術(shù)

氟化鎂在中波紅外區(qū)域具有良好透過(guò)性能，其熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率高，耐高溫，抗熱沖擊性能優(yōu)異；即使在300℃的高溫下，其紅外透過(guò)性能仍幾乎和室溫時(shí)的一致；表面反射只有2.5％左右，即使不鍍減反射膜也會(huì)有很高的透過(guò)率。氟化鎂具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，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(guó)內(nèi)外的研究與應(yīng)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(xué)窗口也有一定的局限性：(1)氟化鎂材料屬于脆性材料，機(jī)械強(qiáng)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(huán)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(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力，必須在其外表面鍍制能夠抵抗雨蝕、沙蝕沖擊的高強(qiáng)保護(hù)膜，但氟化鎂基底與絕大多數(shù)常用薄膜材料的結(jié)合較差，膜層極易出現(xiàn)龜裂和脫膜。

對(duì)氟化鎂基底的保護(hù)膜膜系結(jié)構(gòu)，已有文獻(xiàn)作了報(bào)道。據(jù)查新，付秀華等在2006年第12期《激光與紅外》期刊1162～1164頁(yè)發(fā)表了題為“紅外增透與保護(hù)膜技術(shù)的研究”的論文，該論文公開(kāi)了作者利用TiO₂和SiO₂兩種材料構(gòu)成的多層紅外增透與保護(hù)膜，在氟化鎂基底上實(shí)現(xiàn)了3.5μm～4.9μm范圍內(nèi)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(cè)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(qiáng)度，但由于SiO₂材料本身硬度的局限，保護(hù)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(yùn)動(dòng)平臺(tái)的光學(xué)窗口，因?yàn)楦咚龠\(yùn)動(dòng)平臺(tái)的光電系統(tǒng)處于惡劣工作環(huán)境中，對(duì)膜層的牢固度、強(qiáng)度、環(huán)境適應(yīng)性要求很高，申請(qǐng)人對(duì)上述膜層以及目前公開(kāi)的普通膜層按照國(guó)軍標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，均無(wú)法滿(mǎn)足要求。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種氟化鎂中波紅外光學(xué)窗口高強(qiáng)度保護(hù)膜的膜系結(jié)構(gòu)，采用多層粘接層技術(shù)，解決了DLC(類(lèi)金剛石膜)高強(qiáng)度保護(hù)膜與氟化鎂基底之間的應(yīng)力匹配問(wèn)題，整個(gè)薄膜系統(tǒng)和氟化鎂基底結(jié)合牢固，同時(shí)多層粘接層與DLC膜構(gòu)成多層減反射膜系，有效降低了由于基底和DLC保護(hù)膜的折射率不匹配而引起的表面反射損失。該膜系結(jié)構(gòu)膜層牢固，可以大幅提高氟化鎂的表面強(qiáng)度，提高氟化鎂光學(xué)窗口對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力，提高窗口抵抗雨滴、砂塵等高速?zèng)_擊的能力，能通過(guò)吹塵、淋雨、風(fēng)洞、高低溫存儲(chǔ)、濕熱、摩擦、附著力等試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)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(zhàn)平臺(tái)光電系統(tǒng)的可靠性，降低光學(xué)窗口的更換頻率。

技術(shù)方案

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種氟化鎂中波紅外光學(xué)窗口高強(qiáng)度保護(hù)膜的膜系結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括氟化鎂基片和減反射高強(qiáng)度保護(hù)膜系，所述減反射高強(qiáng)度保護(hù)膜系由四種薄膜材料制備的四個(gè)膜層疊加構(gòu)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(lèi)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(xiàn)代先進(jìn)光電系統(tǒng)的飛速發(fā)展，其作用距離越來(lái)越遠(yuǎn)，作用精度也越來(lái)越高。同時(shí)，為了保證高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)光電系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的工作能力，其對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求也越來(lái)越苛刻。而且高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)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(tǒng)，這一需求顯得更為突出。氟化鎂中波紅外光學(xué)窗口高強(qiáng)度保護(hù)膜的膜系結(jié)構(gòu)，通過(guò)高強(qiáng)度保護(hù)層技術(shù)，解決氟化鎂窗口的軟肋問(wèn)題，提高了窗口抵抗雨蝕、吹塵等極端環(huán)境的能力，擴(kuò)大氟化鎂窗口在高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的應(yīng)用范圍；采用多層粘接層技術(shù)，提高了保護(hù)層與基底結(jié)合的牢固度，使粘接層與保護(hù)層構(gòu)成多層減反射膜系結(jié)構(gòu)，有效降低了由于保護(hù)層引起的窗口表面的反射損失。主要應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，對(duì)窗口內(nèi)部的光學(xué)器件起到保護(hù)作用，并對(duì)工作光波高效透過(guò)，從而提高光學(xué)系統(tǒng)的壽命，并直接影響到光學(xué)系統(tǒng)的作用距離及作用精度。