激光(1.064μm)紅外(3~5μm)光學(xué)系統(tǒng)中濾光膜技術(shù)的研究

1、分類號：U DC ：0 4 8 46 2 0密級：耳回 編號：——激光( 1 ．0 6 4 p r o ) ／紅外( 3 , - - 一5 p m ) 光學(xué)系統(tǒng)中濾光膜技術(shù)的研究S T U D Y o F F Ⅱ』E R F I L M T E C H N o L o G Y U S E D 玎呵L A S E R ( 1 ．0 6 4 p m ) ／I N F R A R E D ( 3 “ - - ' 5 p m ) O P

2、 T I C A L S Y S T E M學(xué)位授予單位及代碼：拯查堡』厶堂 ( ! Q ! 璺魚≥學(xué)科專業(yè)名稱及代碼： 光堂工捏 ( Q 璺Q 塑Q ≥研究方向：強益迸堂制造撞苤廈至捏廛置論文起止時間：2 0 1 0 ．9 - 2 0 1 3 ．1申請學(xué)位級別：擅±研 究 生：拯丞燾摘 要由于藍寶石在近紅外波段以及中紅外波段有較高的透過率，同時常溫下藍寶石光學(xué)、力學(xué)以及熱沖擊、抗雨蝕有很好的性能，因而是激光紅外光學(xué)系統(tǒng)的首選

3、材料。由于目前材料加工的工藝水平的不足，使得藍寶石的透過率低于理論值，另外，藍寶石較差的高溫強度限制了藍寶石其他性能的發(fā)揮。而在藍寶石頭罩／窗口沉積增透保護膜層是提高光學(xué)性能和改善高溫強度的一種有效方法。由于激光／紅外光學(xué)系統(tǒng)對( 1 ．0 6 4 9 m ) 和( 3 ～5 9 i n ) 波段的透過率要求較高，而常用的D L C 、S i C 、S i 3 N 4 保護膜雖然有很高的硬度且在3 ～5 9 m 有較好的透明性，但在1

4、．0 6 4 1 a m 波長處都有不同程度的吸收，所以無法作為激光紅外系統(tǒng)的保護膜?？紤]到激光／紅外系統(tǒng)對透過率及膜層機械性能的特殊要求，選擇在( 1 ．0 6 4 1 ．t m ) 和( 3 - 5 1 a m )都有較高透過率的非晶砧z 0 3 作為保護膜。本文將s i 0 2 和T i 0 2 作為增透膜系的高低折射率材料，A 1 2 0 3 作為保護膜材料，利用等離子體化學(xué)氣相沉積( P E C V D ) 的方法在藍寶石基底

5、上沉積增透保護膜，對薄膜的制備工藝及其性能進行了系統(tǒng)的研究，具體內(nèi)容如下：根據(jù)激光( 1 ．0 6 4 1 ．t i n ) 紅外( 3 ～5 I ．t m ) 光學(xué)系統(tǒng)的波段特點，采用等離子體化學(xué)氣相沉積( P E C V D ) 的方法，在藍寶石襯底上設(shè)計并制備了S i 0 2 、T i 0 2 作為高、低折射率的增透膜以及非晶A 1 2 0 3 的保護膜?？蓪崿F(xiàn)1 ．0 6 4 9 m 和3 - 5 9 i n 波段的增透和保護作

6、用，滿足激光紅外光學(xué)系統(tǒng)的使用要求。采用等離子體化學(xué)氣相沉積( P E C V D ) 的方法，在藍寶石襯底上設(shè)計并制備了S i 0 2 、T i 0 2 薄膜。揭示了主要工藝參數(shù)對S i 0 2 和T i 0 2 薄膜的沉積速率、附著力、內(nèi)應(yīng)力和透過率的影響規(guī)律。利用F e m m 軟件對真空室內(nèi)的電場進行模擬，同時借助田口試驗方法指導(dǎo)實驗，解決了由于頭罩形狀的特殊性給增透膜和保護膜帶來的厚度均勻性差的問題。本實驗中膜層厚度的非均勻度

7、小于8 ％，滿足激光紅外光學(xué)系統(tǒng)對膜層厚度均勻性的要求。利用等離子體化學(xué)氣相沉積( P E C V D ) 的方法，采用A T S B 作為反應(yīng)前驅(qū)物、心為運載氣體來制備A 1 2 0 3 保護膜，揭示了主要工藝參數(shù)對砧2 0 3 薄膜硬度沉積速率、附著力、內(nèi)應(yīng)力和透過率的影響規(guī)律。根據(jù)最終確定的S i 0 2 、T i 0 2 、A 1 2 0 3 的光學(xué)色散數(shù)據(jù)進行膜系設(shè)計，并對增透保護膜進行制備，鍍膜后頭罩總的透過率增加了約8 ％