【摘 要】
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随着红外技术的发展,性能优异的硫系玻璃已作为红外光学元件得到一定使用,然而硫系玻璃在3-5μm波段的透射率不能满足使用要求,且红外薄膜用于红外探测器中也很容易遭受强激光的打击而损伤。本课题主要针对硫系玻璃(As40Se60)基底镀制薄膜易脱落、透射率低,以及抗激光能力差的问题,设计制备出在3-5μm波段具有良好透射率,在1064nm处具有抗激光能力的红外薄膜。采用离子束辅助热蒸发技术沉积了Ge、Z
【基金项目】
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陕西省国际科技合作与交流计划资助项目（编号:2016KW-036）；
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随着红外技术的发展,性能优异的硫系玻璃已作为红外光学元件得到一定使用,然而硫系玻璃在3-5μm波段的透射率不能满足使用要求,且红外薄膜用于红外探测器中也很容易遭受强激光的打击而损伤。本课题主要针对硫系玻璃(As40Se60)基底镀制薄膜易脱落、透射率低,以及抗激光能力差的问题,设计制备出在3-5μm波段具有良好透射率,在1064nm处具有抗激光能力的红外薄膜。采用离子束辅助热蒸发技术沉积了Ge、Zn Se、Zn S和Yb F3单层膜,分别把Ge材料和Zn Se材料作为膜-基之间的过渡层并结合Zn S和Yb F3材料进行膜系设计。以Ge材料作为过渡层材料所设计的膜系1结构为S/0.16H0.15M0.11L0.15M0.24H0.78L0.19M/A,其中H-Ge,M-Zn S,L-Yb F3,薄膜的理论设计光谱性能为:在3-5μm波段范围内设计的双面镀膜样品平均透射率为98.09%,峰值透射率为99.9%,1064±40nm波段范围内单面镀膜样品的平均透射率为8.77%。以Zn Se材料作为过渡层材料所设计的膜系2结构为S/0.61H0.21L0.32M0.26L0.2M0.32L0.28M0.17L0.35M0.28L0.13M0.61L/A,其中H-Zn Se,M-Zn S,L-Yb F3,薄膜的理论设计光谱性能为:在3-5μm波段范围内双面镀膜样品的平均透射率为95.67%,峰值透射率为99.11%,1064±40nm波段范围内单面镀膜样品的平均透射率为7.62%。采用离子束辅助热蒸发技术进行了薄膜制备,并对其光谱性能进行了测试,测试结果表明:两组膜系在3-5μm波段双面镀膜样品的平均透射率分别为96.12%和95.38%,峰值透射率分别为99.8%和99.07%,1064±40nm范围内单面镀膜样品的平均透射率分别为5.34%和4.46%。从硫系玻璃与薄膜材料的热膨胀系数差异会引起薄膜的残余应力入手,通过优化制备工艺中的烘烤温度和离子参数来降低薄膜的残余应力,进而提高硫系玻璃基片上薄膜的附着力。在对两组膜系的工艺参数优化中得到了使两组膜系都符合附着力测试要求的最佳参数,其中烘烤温度为70℃,离子能量为100e V,离子束流为20m A,在此参数下两组多层膜的残余应力分别为-2.5MPa和-30.0MPa。薄膜的激光损伤阈值测试表明离子束辅助沉积对薄膜激光防护能力有较大提升,烘烤温度为150℃时,未使用离子束辅助时制备Zn S和Yb F3单层膜的激光损伤阈值分别为3.3J/cm~2和8.6J/cm~2,使用离子束辅助时制备薄膜的激光损伤阈值分别为5.2J/cm~2和12.4J/cm~2。按照最佳工艺参数制备单层膜与两组多层膜系并测量激光损伤阈值,膜系1的激光损伤阈值较低,根据薄膜损伤形貌及阈值进行分析,影响因素在于膜系1中加入了吸收大且激光损伤阈值极低的Ge材料,膜系2的激光损伤阈值为7.6J/cm~2。
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