一种微光夜视兼容滤光膜的制备方法与流程

本发明涉及光学薄膜，尤其是指一种微光夜视兼容滤光膜的制备方法。

背景技术：

1、夜视兼容滤光膜是一种应用于航空兵夜视镜上的关键薄膜器件，主要用于现役飞行器的夜视兼容改装，或为航空兵飞行头盔配置，以提高航空兵的夜间飞行器控制水平。

2、航空兵在夜间飞行时，为了使其视觉不受座舱照明和座舱内仪表的影响，需要佩戴夜视镜。c类nvis(夜视系统)的夜视兼容滤光膜可以实现飞机座舱照明不干扰飞行员对外观察，同时也不影响其对座舱内仪表的观察，实现夜视兼容。因此，该类夜视镜可用于现役飞行器的夜视兼容改装、配置，以提高飞行员的夜间飞行控制水平。

3、但是，现有的c类nvi s夜视兼容滤光膜的膜系结构复杂，导致其制备工艺困难，使得制成的滤光膜的功能不稳定。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的一种微光夜视兼容滤光膜的制备方法，所述制备方法得到的夜视兼容滤光膜中包括主膜系和辅助膜系，包括如下步骤：

2、步骤s1：清洁基片两面，并将清洁好的基片放入夹具中，在零件的两面上镀制主膜系；

3、步骤s2：将基片放入真空室内，打开真空阀门，使真空室内的真空度为2×10-2pa，打开烘烤开关，加热基片至120℃-150℃；

4、步骤s3：真空度为5×10-2pa时，对ta2o5膜料颗粒进行预熔，使膜料吸附的气体充分放出，以减少杂质；

5、步骤s4：镀制第1层膜层，沉积预熔后的ta2o5膜料，沉积时rf源对基片进行离子辅助，真空度为2×10-2pa，离子束电压1200v，离子束电流1200ma离击时间为15min-20min，使ta2o5膜料离子沉积在基片上，在离子沉积过程中同时采用石英晶体监控以及光学监控的方法来确定第1层膜层的厚度；

6、步骤s5：镀制第2层膜层，对二氧化硅环进行预熔，沉积二氧化硅膜料，真空度为1×10-2pa，离子束电压900v，离子束电流900ma离击时间为10min-15min，使sio2膜料离子沉积在基片上，同时采用石英晶体监控以及光学监控的方法确定第2层膜层的厚度；

7、步骤s6：依次重复步骤s4和步骤s5，镀制第3～32层膜层；

8、步骤s7：在步骤s4～步骤s6的过程中，沉积同时进行离子辅助沉淀；在采用膜料对基片进行离子轰击的同时，通过离子束轰击在基片表面的淀积离子；

9、步骤s8：将镀制完成32层膜层的滤光片放置在真空室内自然冷却至室温后取出；

10、步骤s9：清洁基片1面，并将清洁好的基片放入夹具中，在零件的1面上镀制辅助膜系；

11、步骤s10：重复步骤s2、步骤s3；

12、步骤s11：镀制第1层膜层，沉积预熔后的ta2o5膜料，沉积时rf源对基片进行离子辅助，真空度为2×10-2pa，离子束电压1200v，离子束电流1200ma离击时间为15min-20min，使ta2o5膜料离子沉积在基片上；在离子沉积过程中同时采用石英晶体监控以及光学监控的方法来确定第1层膜层的厚度；

13、步骤s12：镀制第2层膜层，对二氧化硅环进行预熔，沉积二氧化硅膜料，真空度为1×10-2pa，离子束电压900v，离子束电流900ma离击时间为10min-15min，使sio2膜料离子沉积在基片上，采用石英晶体监控以及光学监控的方法确定第2层膜层的厚度；

14、步骤s13：依次重复步骤s11和步骤s12，镀制第3～34层膜层；

15、步骤s14：在步骤s11～步骤s13的过程中，沉积同时进行离子辅助沉淀；在采用膜料对基片进行离子轰击的同时，通过离子束轰击在基片表面的淀积离子；

16、步骤s15：取件，将镀制完成32层膜层的滤光片放置在真空室内自然冷却至室温后取出。

17、在本发明的一个实施例中，步骤s1中是利用真空镀膜机在零件的两面上进行膜层制备，同时在超净工作台处理零件表面，同时主膜系和辅助膜系所使用到的氧化物薄膜材料包括有纯度99.99％的高折射率材料ta2o5、纯度99.99％的第折射率材料sio2。

18、在本发明的一个实施例中，真空镀膜机集成具有加热烘烤功能，在步骤s2加热基片至120℃-150℃。

19、在本发明的一个实施例中，其中的真空镀膜机是具有高功率电子束蒸发系统，在步骤s3中配置大尺寸环形坩埚、多穴小坩埚，能够对sio2、ta2o5膜料颗粒的氧化物薄膜材料进行熔融、蒸发沉积。

20、在本发明的一个实施例中，步骤s4和s11分别对于主膜系和辅助膜系的石英晶体监控膜层厚度只能显示其物理厚度，而无法知道镀制过程中膜层的折射率，但是其在监控时输出为电信号，呈线性变化，可以记录膜料的蒸发速率，并用来控制镀膜过程，光学监控方法能够测量膜层的光学厚度，从而可获取镀制过程中膜层的反射率和透射率，但是其信号呈正弦变化，难以监控淀积速率，步骤s4和s11中，采用两种方式结合来监控，实现在镀制过程中，能够同时监测膜层的厚度以及折射率，从而实现有效的控制镀膜过程中的膜层厚度。

21、在本发明的一个实施例中，步骤s5和s12分别对于主膜系和辅助膜系的第2层膜层的厚度小于第1层的厚度，因此其离子轰击电压以及时间小于第1层膜相应的镀制参数,一方面降低单位时间内离子从膜料中分离的数量，即减少分离密度；另一方面通过缩短离击时间来减少单位时间内淀积的离子数量。

22、在本发明的一个实施例中，同时步骤s7和s14分别对于主膜系和辅助膜系中基片表面的通过离子束的动能转移，使淀积离子获得更大的动能，从而提高膜层的致密度，以减少波长飘移。

23、在本发明的一个实施例中，经过制备方法得到的镀制完成的滤光片在温度20～25℃；相对湿度30～60％的清洁环境中，利用分光光度计进行光谱测试，其中的光学性能为：在λ＝450nm～585nm，t≤0.05％；λ＝635nm，t≤5％；在λ＝671nm～725nm，t≥80％；在λ＝725nm～950nm，tave≥90％；其中在λ＝546nm±5nm处应有一个带宽10nm，峰值透射比(11±3)％的次峰。

24、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的制备方法，将夜视兼容滤光膜的膜系结构进行优化组合。在不改变夜视兼容滤光膜透射光谱性能的前提下，将夜视兼容滤光膜分解成主膜系和辅助膜系，在透镜的两个表面分别镀制，降低膜层厚度相对灵敏度，便于制备。确定膜系基本结构为(见图1)：主膜系滤光膜/基材/辅助膜系滤光膜，其中所述基材是k9、zf88等玻璃材料，所述主膜系滤光膜、辅助膜系滤光膜中采用高折射率膜层ta2o5和低折射率膜层sio2交替成膜制备而成。

技术特征：

1.一种微光夜视兼容滤光膜的制备方法，所述制备方法得到的夜视兼容滤光膜中包括主膜系和辅助膜系，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中是利用真空镀膜机在零件的两面上进行膜层制备，同时在超净工作台处理零件表面，同时主膜系和辅助膜系所使用到的氧化物薄膜材料包括有纯度99.99％的高折射率材料ti2o5、纯度99.99％的第折射率材料sio2。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：真空镀膜机集成具有加热烘烤功能，在步骤s2加热基片至120℃-150℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：其中的真空镀膜机是具有高功率电子束蒸发系统，在步骤s3中配置大尺寸环形坩埚、多穴小坩埚，能够对sio2、ti2o5膜料颗粒的氧化物薄膜材料进行熔融、蒸发沉积。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s4和s11分别对于主膜系和辅助膜系的石英晶体监控膜层厚度只能显示其物理厚度，而无法知道镀制过程中膜层的折射率，但是其在监控时输出为电信号，呈线性变化，可以记录膜料的蒸发速率，并用来控制镀膜过程，光学监控方法能够测量膜层的光学厚度，从而可获取镀制过程中膜层的反射率和透射率，但是其信号呈正弦变化，难以监控淀积速率，步骤s4和s11中，采用两种方式结合来监控，实现在镀制过程中，能够同时监测膜层的厚度以及折射率，从而实现有效的控制镀膜过程中的膜层厚度。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s5和s12分别对于主膜系和辅助膜系的第2层膜层的厚度小于第1层的厚度，因此其离子轰击电压以及时间小于第1层膜相应的镀制参数,一方面降低单位时间内离子从膜料中分离的数量，即减少分离密度；另一方面通过缩短离击时间来减少单位时间内淀积的离子数量。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：同时步骤s7和s14分别对于主膜系和辅助膜系中基片表面的通过离子束的动能转移，使淀积离子获得更大的动能，从而提高膜层的致密度，以减少波长飘移。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：经过制备方法得到的镀制完成的滤光片在温度20～25℃；相对湿度30～60％的清洁环境中，利用分光光度计进行光谱测试，其中的光学性能为：在λ＝450nm～585nm，t≤0.05％；λ＝635nm，t≤5％；在λ＝671nm～725nm，t≥80％；在λ＝725nm～950nm，tave≥90％；其中在λ＝546nm±5nm处应有一个带宽10nm，峰值透射比(11±3)％的次峰。

技术总结
本发明涉及一种微光夜视兼容滤光膜的制备方法，所述制备方法得到的夜视兼容滤光膜中包括主膜系和辅助膜系，在不改变夜视兼容滤光膜透射光谱性能的前提下，将夜视兼容滤光膜分解成主膜系和辅助膜系，在透镜的两个表面分别镀制，降低膜层厚度相对灵敏度，便于制备。确定膜系基本结构为：主膜系滤光膜/基材/辅助膜系滤光膜，其中所述基材是K9、ZF88等玻璃材料，所述主膜系滤光膜、辅助膜系滤光膜中采用高折射率膜层Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;和低折射率膜层SiO<subgt;2</subgt;交替成膜制备而成。对夜视兼容滤光膜的主膜系设计进行结构创新。主膜系结构采用两个腔层的F‑P结构+长波通结构在一个膜系中实现。

技术研发人员：唐乾隆,査家明,李斯成,汶韬,陆丹枫,颜刘兵,石成
受保护的技术使用者：江苏北方湖光光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15