本發(fā)明屬于光學元件設計領域，涉及一種紅外分色片及其制備方法。

背景技術：

紅外分色片在光學分析儀器、光學探測器、多模復合成像光學系統(tǒng)方面都有廣闊的應用前景，主要用于紅外多譜段成像觀測和光譜分析監(jiān)測，我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項，也對紅外分色片提出了研發(fā)需求。

大視場紅外多光譜掃描儀用紅外分色片，要求通帶平均透射比高，反射帶反射比強，光譜范圍寬，具有高可靠性和高穩(wěn)定性。

紅外分色膜的研制可以實現(xiàn)光學系統(tǒng)的高精度、小型化、高集成度與輕量化的目標，為了擴大紅外系統(tǒng)可工作的條件范圍，研究人員一直在探索高性能的紅外分色膜，紅外分色膜一直是光學薄膜研究的重點。

目前，紅外分色片的研究主要以金屬誘導增透的設計思想，采用介質-金屬-介質膜層結構來實現(xiàn)，極薄的金屬層厚度對整個光譜曲線的影響極其敏感，且由于金屬層的吸收，對分色的性能有所影響；環(huán)境適應性較差；透射區(qū)的拓寬是以犧牲透射率和反射率為代價，紅外多譜段分色效率低。

技術實現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是：提供一種紅外分色片及其制備方法，實現(xiàn)1.064μm透射，8μm～12μm反射的分色片，可把入射光束導向不同波段對應的探測器，提高光譜掃描儀分辨率和成像質量。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種紅外分色片，其包括：基板2和形成在基板2兩側表面上的分色膜系和減反射膜系，分色膜系為：A/αLβMγH/S，減反射膜系為：A/0.45H 1.4L/S，膜系中的符號含義：A為空氣，S為H-K9L玻璃基底，為H為薄膜材料硫化鋅，L為薄膜材料氧化鋁，M為薄膜材料ITO，α、β和γ分別表示各膜系中心波長與中心波長的倍數(shù)。

其中，所述基板2選用直徑為40mm、厚度1mm的H-K9L玻璃，其表面光圈N≤3，局部光圈ΔN≤0.5，不平行度＜30″，表面光潔度B＝Ⅴ。

其中，所述分色膜系中，α＝0.245，β＝1.55，γ＝0.205。

本發(fā)明還提供了一種紅外分色片的制備方法，其包括以下步驟：

S1：真空室清潔；

S2：鍍膜前基片清洗；

S3：真空室準備

在真空室電子槍坩堝內預置鍍膜材料氧化鋁、ITO和硫化鋅；

S4：膜層鍍制

打開離子源，用離子束清洗基板；按照基板兩側表面上的分色膜系和減反射膜系結構，利用電子束蒸鍍方法進行膜層沉積。

其中，所述步驟S4中，膜層鍍制步驟中，離子源采用氬氣作為工作氣體，工作氣體純度不小于99.995％，氣體流量20sccm。

其中，所述步驟S4中，膜層鍍制前，將基片加熱到300±10℃，并保持1h。

其中，所述步驟S4中，按設計膜系，將氧化鋁、ITO和硫化鋅交替蒸鍍到基板的兩側表面上，其中

氧化鋁膜沉積時，離子源氬氣氣體流量18±2sccm，氧氣氣體流量25±3sccm，離子源束壓180V～250V，離子源束流80V～120V，控制沉積速率0.2-0.5nm/s；

ITO膜沉積時，氧氣氣體流量25±5sccm，沉積速率0.5-1nm/s；

ITO膜沉積完成后，保持充氧量不變，降溫到200±10℃，進行硫化鋅膜沉積；

硫化鋅膜沉積時，溫度200±10℃，離子源氬氣氣體流量18±2sccm，離子源束壓180V～220V，離子源束流80V～110V，沉積速率0.05-0.1nm/s。

其中，所述步驟S1中，用噴砂機清洗鍍膜機真空室防護屏、電極、擋板和工裝，然后用脫脂紗布蘸無水乙醇擦凈真空室。

其中，所述步驟S2中，依次用脫脂紗布和脫脂棉布蘸體積比1：1的乙醇、乙醚混合溶液擦凈基片表面。

其中，還包括步驟S5：基板降溫，在真空不低于2×10^-3Pa，降溫到80±8℃，關閉抽真空系統(tǒng)，真空室降到室溫后取出沉積紅外分色片。

(三)有益效果

上述技術方案所提供的紅外分色片及其制備方法，分色片達到優(yōu)良的技術指標，無需使用復雜膜系結構和極薄薄膜層，具有斜45°入射，1.064μm透射83％，8μm～12μm反射86％，可有效地把光束波長導向不同波段對應的探測器，實現(xiàn)光學系統(tǒng)的高精度、小型化、高集成度與輕量化的目標；分色片膜系結構簡單，性能穩(wěn)定，工藝操作簡便，易于實現(xiàn)，已實現(xiàn)工程化應用。

附圖說明

圖1為紅外分色片正面與反面膜層排列示意圖，其中1面為分色膜系，2為基板，3面為減反射膜系。

圖2為紅外分色片透射比與波長的實例曲線。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、內容和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

為了解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明通過設計、試驗，研制出一種1.064μm透射，8～12μm反射的紅外分色片，它以H-K9L玻璃為基底，氧化鋁、氧化銦錫(以下簡稱ITO，In₂O₃：SnO₂＝95：5)和硫化鋅為膜層材料，采用真空薄膜沉積方法制備，通過簡單的膜系結構實現(xiàn)分色功能，工藝易于控制，制備分色片1.064μm透射比大于83％，8μm～12μm反射比大于86％，產品光學性能、膜層的物理強度和環(huán)境適應性滿足實際使用要求。

具體地，參照圖1所示，本實施例紅外分色片包括基板2和形成在基板2兩側表面上的分色膜系和減反射膜系，分色膜系為：A/αLβMγH/S，減反射膜系為：A/0.45H 1.4L/S，膜系中的符號含義：A為空氣，S為H-K9L玻璃基底，為H為薄膜材料硫化鋅，L為薄膜材料氧化鋁，M為薄膜材料ITO，α、β和γ分別表示各膜系中心波長與中心波長的倍數(shù)。

其中，基板2選用直徑為40mm、厚度1mm的H-K9L玻璃，其表面光圈N≤3，局部光圈ΔN≤0.5，不平行度＜30″，表面光潔度B＝Ⅴ；分色膜系中，α＝0.245，β＝1.55，γ＝0.205。

基于上述紅外分色片，其制備方法包括以下步驟：

第一步，真空室清潔

用噴砂機清洗鍍膜機真空室防護屏、電極、擋板和工裝，清洗后，被清洗件表面不得有膜層附著，然后用脫脂紗布蘸無水乙醇擦凈真空室。

第二步，鍍膜前清洗

依次用脫脂紗布和脫脂棉布蘸濕乙醇、乙醚混合溶液(體積比1：1)擦凈表面，并用“哈氣法”檢驗膜層表面，直至無油污、塵粒、擦痕為止。

第三步，真空室準備

將適量的鍍膜材料氧化鋁、ITO和硫化鋅放入電子槍坩堝內(對于1000mm鍍膜機，氧化鋁、ITO和硫化鋅分別為50g、100g、100g)，鍍膜材料純度不小于99.99％，用洗耳球吹基片表面，然后立即關閉真空室門。

第四步，膜層鍍制

真空度不低于2×10^-3Pa，打開旋轉架開關，旋轉工件架，打開烘烤，設定烘烤溫度。再依次打開電子槍偏轉電源、燈絲電源及槍高壓。

打開離子源，用離子束清洗基板5min，離子源采用氬氣作為工作氣體，工作氣體純度不小于99.995％，氣體流量20sccm，利用離子束輔助的電子束蒸鍍方法進行膜層沉積。

將基片加熱到300±10℃(最佳值300℃)，并保持1h。

按設計膜系，將氧化鋁、ITO和硫化鋅交替蒸鍍到基板的二個面上。鍍膜材料沉積參數(shù)如下：

(1)氧化鋁膜沉積

離子源氬氣氣體流量18±2sccm，氧氣氣體流量25±3sccm，離子源束壓180V～250V，離子源束流80V～120V，調節(jié)電子槍電流，充分均勻預熔膜料，打開擋板，控制沉積速率0.2-0.5nm/s；

此工藝參數(shù)能提高膜層與基底附著力，實現(xiàn)膜層折射率匹配，滿足膜層環(huán)境適應性要求。

(2)ITO膜沉積

關閉離子源，氧氣氣體流量25±5sccm，調節(jié)電子槍電流，打開擋板，沉積速率0.5-1nm/s；

ITO膜沉積完成后，保持充氧量不變，降溫到200±10℃，進行硫化鋅膜沉積；

在此工藝參數(shù)下，采用電子槍沉積摻雜ITO(In₂O₃：SnO₂＝95：5)鍍膜材料，可提高膜層在通帶的透過率和反射帶的反射率，保證膜層光學性能。

(3)硫化鋅膜沉積

溫度200±10℃，離子源氬氣氣體流量18±2sccm，離子源束壓180V～220V，離子源束流80V～110V，調節(jié)電子槍電流，充分均勻預熔膜料，打開擋板，沉積速率0.05-0.1nm/s；

此工藝參數(shù)能提高ITO膜層性能穩(wěn)定性，實現(xiàn)膜層折射率匹配，滿足膜層環(huán)境適應性要求。

第五步，基板降溫。

在真空不低于2×10^-3Pa，降溫到80±8℃，關閉抽真空系統(tǒng)，真空室降到室溫后取出沉積鏡片。

參照圖2所示，本實施例制備的紅外分色片分光效果號，達到設計需求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。