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对军用红外光学器件镀膜可靠性的分析

2014/10/19 14:35:45  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  在红外热像仪使用的红外器件中,对红外光学材料的要求除了要具备一般光学玻璃所具有的光学、 物理、 化学、热、机械等性能外,还要求必须满足在红外波段内具有良好的透过性。就目前常用的红外光学材料而言,按其结构、性能和制备方法可分为 3 类,即晶体材料,玻璃态材料及塑性材料,其中晶体材料是目前在红外仪器中使用较多的材料,晶体又有单晶和多晶之分,而单晶材料也可分为天然单晶和人工单晶,人工单晶因其在透过率均匀性和尺寸加工方面占有优势而被广泛使用。但人工单晶材料的折射率较高,反射损失大,因而透过率较低而且反射光线还将引起像质变差。镀增透膜对于透射式红外光学元器件是不可缺少的工艺,它不但提高了光学元件的透过率,排除了杂光,还对镜片本身起到了保护作用,避免了光学材料的潮解损伤(镀膜和未镀增透膜 Ge 片在 7 ~14 μ m 的透过率见图 1 ),可见镀增透膜对红外光学器材的重要性。但增透膜也有自身的缺陷,如在潮热环境条件下易脱落,尤其在沿海地区空气不但湿度很大而且含有大量的盐份,这对光学镀膜是一种严酷的考验,一旦镀膜脱落不但对镜片起不到保护作用,使透过率下降,而且会造成散射,使能量下降,直接影响观察效果。为了避免和减少在恶劣环境条件下对红外光学器材镀膜的损害,应采取如下措施:

  1.做好红外光学器材的保护与保养工作

  红外光学器材在任何环境下都要做好防霉、防盐雾、防湿热的三防工作, 储存环境一定要保持干燥密封,控制好温度和湿度,避免与外界的湿热空气接触,避免霉菌的滋生。搬运过程中注意轻拿轻放,避免对器材的损坏。在使用过程中尽量避免与湿热空气接触,不要用手触摸镜片,不要用非专业工具清洗镜片,如镜片上存有异物应用酒精棉球轻轻擦拭。如有水份应进行烘干,尽量避免擦拭,以免对镜面表面镀膜造成损害。

  2.重视加工工艺对镀膜质量的影响

  加工工艺对镀膜质量有直接影响。十九世纪人们发现了用激溅法镀膜的方法,即在真空室内用离子轰击欲镀膜料,使其分子脱出,撞击基片并与之粘附成膜。现在,光学薄膜几乎完全是用真空蒸发法镀制的。真空蒸发法就是在真空容器中将材料加热,使大量的原子或分子离开其表面并淀积在基片上。真空系统中,由于背景气压低,大部分蒸发分子与残留气体分子发生碰撞,而按直线到达基片,在基片上形成密实的镀层。在镀膜前一定要细心地清洗基片表面,使蒸气流对基片接近垂直入射。有时还要根据不同材料将基片加热到 200℃~300℃甚至更高的温度。基片打磨一定要光滑平整,镀膜前保持镜面干净整洁无异物。镀膜完成后,不要用手直接触摸镀膜面,以免手上的油脂进入镜片与增透膜之间,造成镜片与膜之间结合不牢固。

  3.利用实验的方法剔除缺陷产品

  镀膜完成的镜片用肉眼很难判断其好坏,只有用实验的方法剔除早期的残次品。进行短时间的潮热实验是比较好的一种方法,虽然潮热实验对镜片镀膜本身具有一定的破坏性,但短时间的潮热实验对镀膜良好的产品不会有太大的影响,还可很好地剔除早期的镀膜残次品,实际上提高了镀膜的可靠性。

  4.采用新方法和新工艺

  不同的材料和加工环境应采用不同的工艺和方法。除真空蒸发法外,激溅法和化学法也是比较常用的方法。溅射性镀膜随着蒸空压力泵的发明及真空蒸发法用于薄膜制造以后即被淘汰,但近年来,随着溅射工艺淀积特性可控薄膜这一方法的使用及难溶金属薄膜在电子设备中的应用日益受到重视,使溅射成为一种便于应用的薄膜制造方法。制造薄膜元件和薄膜电路不仅局限于只使用真空蒸发法和溅射淀积法,硅及锗晶体管还可以用化学蒸气镀膜法淀积。一般地说,化学法生产效率较高,设备简单,因而比较经济。但化学法往往比较复杂,不易控制,当出现非平衡状态时,会产生支反应,并难以再现薄膜特性。某些化学方法要求基片能够耐高温,而有些化学方法则要求基片能够耐各种溶液腐蚀,这些要求限制了化学淀积法的应用。

  作者:王建华

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