一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件，属于真空镀膜【技术领域】。本发明采用微纳米多层膜结构设计了一种红外与毫米波频率分离器件，组成该器件的三种薄膜和基底的厚度设计满足电磁波干涉条件，使得这种微纳米结构的薄膜器件能够实现红外波段高反射和毫米波透射，且薄膜的表面粗糙度低，层数少物理厚度小，薄膜的整体应力小，成本低，易于制作。
【专利说明】一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空镀膜【技术领域】，具体涉及一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件。
【背景技术】
[0002]随着多模式复合探测与成像技术的发展，红外与毫米波共口径探测技术是目前发展的重要方向之一。红外与毫米波共口径复合是将红外系统和毫米波天线设计成共口径的系统，既能发射毫米波能量，同时兼接收红外和毫米波回波能量，然后通过共口径分离器件将红外与毫米波分别传输至红外探测器和毫米波接收机。在该技术中，将红外与毫米波分离的器件是关键部件之一，能够将红外与毫米波两个高跨度的电磁谱段分离，采用薄膜技术是唯一的方案。光学薄膜的结构一般为微纳米尺度，达到电磁波的干涉条件后，能够实现电磁波谱段的频率分离和幅度调整。
[0003]在国内外红外/毫米波分频器件的研究设计中，主要以三种方法实现红外与毫米波分频:第一种是介质红外反射膜，其主要利用了介质薄膜材料在毫米波透射的性能，通过高低折射率薄膜的组合实现在红外波段的高反射，其缺点是薄膜较厚并且应力大，容易破裂；第二种是在泡沫基底上的频率选择表面，由大量无源单元按某种特定分布方式周期排列而成的分层准平面结构，对电磁波的透射和反射性能具有良好的选择性，其缺点在于制作的表面不如介质红外膜表面光滑，导致红外反射率不易提高；第三种是采用衍射光学元件的方法，在毫米波透射的器件表面刻蚀大量的衍射光栅，实现红外波段的反射，这种方法具有体积小、效率高、设计灵活性大和易集成等特点，但是其设计制作成本高而且对加工设备的精度要求较高。
[0004]因此，如何设计一种红外与毫米波频率分离器件，既要保证红外反射率与毫米波段的透过率，又要满足膜层厚度薄易于制备，成本较低的要求，成为了亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题是:如何设计一种既能保证红外反射率与毫米波段的透过率，又能满足膜层厚度薄、易于制备，成本低要求的红外与毫米波频率分离器件。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件，所述器件自下而上包括基底、第一介质薄膜、金属薄膜和第二介质薄膜；所述基底的厚度为(4.25 / n)mm，η表示基底的材料在毫米波段的折射率；所述第一介质薄膜与第二介质薄膜的厚度相同，均为20?50nm ;所述金属薄膜最小厚度的设计依据为:保证红外光波不能透射到所述金属薄膜与第一介质薄膜的界面；所述红外光波从所述第二介质薄膜的上表面入射实现红外与毫米波频率分离。[0009]优选地，所述基底的材料为在毫米波段透明的材料。
[0010]优选地，所述基底的材料为陶瓷、硫化锌、蓝宝石或熔融石英。
[0011 ] 优选地，η表示基底材料在8.5mm波的折射率。
[0012]优选地，所述第一介质薄膜的材料为Al2O3或ZnS，所述第二介质薄膜的材料与第一介质薄膜相同。
[0013]优选地，所述金属薄膜的材料为金或银，厚度为[100，150]nm。
[0014]优选地，所述基底上包覆有中波红外导电膜。
[0015](三)有益效果
[0016]本发明采用微纳米多层膜结构设计了一种红外与毫米波频率分离器件，组成该器件的三种薄膜和基底的物理厚度设计满足电磁波干涉条件，使得这种微纳米结构的薄膜器件能够实现红外波段高反射和毫米波透射，且薄膜的表面粗糙度低，层数少物理厚度小，薄膜的整体应力小，成本低，易于制作。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构示意图；
[0018]图2为本发明实施例1的结构示意图；
[0019]图3为对本发明实施例1进行测量得到的红外波段反射率光谱图；
[0020]图4为对本发明实施例1进行测量得到的毫米波透过率谱图；
[0021]图5为本发明实施例2的结构示意图；
[0022]图6为对本发明实施例2进行测量得到的红外波段反射率光谱图；
[0023]图7为对本发明实施例2进行测量得到的毫米波透过率谱图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0025]参阅图1，本发明提供了一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件，所述器件自下而上包括基底O、第一介质薄膜1、金属薄膜2和第二介质薄膜3 ;所述基底O的厚度为(4.25 / n) mm, η表示基底O的材料在8.5mm波的折射率；所述第一介质薄膜I与第二介质薄膜3的厚度相同，均为20?50nm ;所述金属薄膜2的最小厚度的设计依据为:保证红外光波不能透射到所述金属薄膜2与第一介质薄膜I的界面，其厚度由红外反射率决定。所述基底上包覆有中波红外导电膜。
[0026]所述红外光波从所述第二介质薄膜3的上表面入射实现红外与毫米波频率分离，红外光波入射从上方入射，由于选择的金属薄膜厚度的最小厚度保证红外光不会透射到金属薄膜与第一介质薄膜的界面，因此反射只发生在空气-第一介质薄膜、第一介质薄膜-金属薄膜两个界面，在两个界面反射的光振幅叠加，产生反射干涉增强效应。
[0027]所述基底O的材料为在毫米波段透明的材料，可以为陶瓷、硫化锌、蓝宝石或熔融石英。
[0028]所述第一介质薄膜为金属薄膜与基底的过渡层，增强金属薄膜与基底之间的附着力，材料为Al2O3或ZnS。第二介质薄膜为保护膜，主要用于防止金属薄膜的氧化。[0029]所述金属薄膜的材料为金或银，厚度为[100，150]nm。
[0030]实施例1
[0031]在本实施例中，红外与毫米波分频微纳米结构见图2，基底4材料为熔融石英，基底的厚度选择为4.71mm ;
[0032]在本实施例中，第一介质薄膜5选择为Al2O3，薄膜的厚度为20nm ；
[0033]在本实施例中，金属薄膜6选择为金膜,厚度为IOOnm;
[0034]在本实施例中，第二介质薄膜7选择与第一介质薄膜5相同的材料和厚度。
[0035]采用电子束蒸发离子辅助沉积技术，对前述的红外与毫米波分频微纳米结构进行制备。制备后的红外波段测量结果参阅图3，在8.5_波附近的测量结果参阅图4，表面粗糙度为1.37nm，膜层结构整体呈现张应力，膜层应力为20.8MPa。
[0036]实施例2
[0037]在本实施例中，红外与毫米波分频微纳米结构见图5，基底8材料为熔融石英，基底的厚度选择为4.71mm ;
[0038]在本实施例中，第一介质薄膜9选择为ZnS，薄膜的厚度为25nm ；
[0039]在本实施例中，金属薄膜10选择为银膜，厚度为IlOnm ；
[0040]在本实施例中，第二介质薄膜11选择与第一介质薄膜相同的材料和厚度。
[0041]采用电子束蒸发离子辅助沉积技术，对前述的红外与毫米波分频微纳米结构进行制备。制备后的红外波段测量结果参阅图6，在8.5_波附近的测量结果参阅图7，表面粗糙度为1.69nm，膜层结构整体呈现张应力，膜层应力为18.9MPa。
[0042]由以上实施例可以看出，本发明采用微纳米多层膜结构设计了一种红外与毫米波频率分离器件，组成该器件的三种薄膜和基底的物理厚度设计满足电磁波干涉条件，使得这种微纳米结构的薄膜器件能够实现红外波段高反射(8um-14um)和毫米波透射(8.5mm),且薄膜的表面粗糙度低，层数少物理厚度小，薄膜的整体应力小，成本低，易于制作。
[0043]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种红外与毫米波分频微纳米结构薄膜器件，其特征在于，所述器件自下而上包括基底、第一介质薄膜、金属薄膜和第二介质薄膜；所述基底的厚度为(4.25 / n)mm，n表示基底的材料在毫米波段的折射率；所述第一介质薄膜与第二介质薄膜的厚度相同，均为20?50nm ;所述金属薄膜最小厚度的设计依据为:保证红外光波不能透射到所述金属薄膜与第一介质薄膜的界面；所述红外光波从所述第二介质薄膜的上表面入射实现红外与毫米波频率分离。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述基底的材料为在毫米波段透明的材料。
3.如权利要求2所述的器件，其特征在于，所述基底的材料为陶瓷、硫化锌、蓝宝石或熔融石英。
4.如权利要求1所述的器件，其特征在于，η表示基底材料在8.5mm波的折射率。
5.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一介质薄膜的材料为Al2O3或ZnS，所述第二介质薄膜的材料与第一介质薄膜相同。
6.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述金属薄膜的材料为金或银，厚度为[100,150]nm。
7.如权利要求1?6中任一项所述的器件，其特征在于，所述基底上包覆有中波红外导电膜。
【文档编号】B81B7/00GK103466538SQ201310407841
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】刘华松, 冷健, 庄克文, 季一勤, 姜玉刚, 王利栓 申请人:中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所