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红外膜及红外膜材料

2019-01-25

红外膜是光学薄膜家族中比较常见的一种。因为其波长范围宽使得其应用的范围特别广泛。随着近年来科技的发展,各种镀膜材料和镀膜工艺逐渐完善,红外膜的发展有了很大的提高。现在红外膜已经逐渐在国防军事、生物科技、教学研究、生活应用等各个领域发展起来,并且日趋成熟。

红外膜的常见应用场景:


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常见的红外膜材料:


常用红外膜材料图.png 


锗的优点是机械性能好和折射率极高,半波锗膜常常明显地减少反射损失。300℃条件下,8~12 um几乎完全失透,在多层增透膜设计中,用单层(锗随着温度升高则透过率下降,在3~5 um透过率仅为25℃时的20%左右。故锗不宜在高温和高功率的环境下使用。


Si的熔点约为1414摄氏度,在 1.1um-8um范围内具有较好的光谱透过性能,在近红外区域折射率也能达到3.4左右。由于硅具有熔点高、热传导性能好、硬度高、化学稳定性强等特性,因而是一种非常重要的半导体材料,其优越的理化特性和光学特性使其在光学薄膜的红外波段的应用前景非常广阔。


氟化镁

氟化镁(MgF2)是目前用途较广的材料,具有很高的机械强度及抗热冲击性。MgF2是一种广泛采用的、性能优良的光学镀膜材料,它具有透明波段宽(120nm、8000nm)、折射率低(n=1.38)、热稳定性好、膜层机械强度大和激光损伤闽值高等优异性能,是制备增透膜、高反膜、高损伤闽值膜的首选膜料,因此,MgF2被广泛地应用于制备各种光学膜层。

热压氟化镁在3~5um中波红外波段时其红外透过率可达90%以上,是现有红外材料中自身透过率最高的。热压氟化镁还具有机械强度高、抗热冲击性强、耐化学腐蚀以及各向同性等诸多特点,而且其介电常数和介电损耗较小,是良好的中波红外窗口、整流罩材料和中波红外毫米波微波厦合天线罩材料,广泛用于红外制导、红外成像制导、红外毫米波微波厦合制导以及飞机红外吊舱、光电雷达等红外跟踪、探测、制导系统中。


氧化物薄膜材料

大部分氧化物材料都有很多相似的性质,一般常用的氧化物材Al2O3,SiO2等氧化物材料的特点为:具有耐高温、抗热冲击、机械强度高、坚硬等的特点,很适合作窗口材料。 

AI2O3材料作为一种很常用的高折射率材料广泛应用于多层膜介质膜中。其薄膜的光学特性强烈依赖于镀膜工艺条件和杂质污染等其他因素。其在镀膜工艺中常常因为它自身的稳定性,作为最后一层膜做保护层。

SiO2薄膜是一种重要的纳米薄膜材料,具有宽透明区(0.15~8um)、低折射率、高硬度、低热膨胀。系数、耐摩擦、耐酸碱、抗腐蚀等优点,被广泛应用于光学薄膜元件、半导体集成电路、电子器件、传感器、激光器件、化学催化、生物医学、表而改性和医药包装等领域。

 

硒化锌和硫化锌

ZnS是一种Ⅱ~Ⅵ族化合物半导体,在可见光范围内具有高透明度。它是一种优良的光电功能晶体材料,其光学均匀性及多波段透过性能好,化学稳定性好。

硒化锌的性质和硫化锌的性质基本相同,不同的是机械强度较低,熔点也没有硫化锌高,在较低温度是吸收很小。根据制备工艺的不同,ZnS通常分为热压ZnS,CVD ZnS和多光谱ZnS。

热压ZnS是五六十年代发展并完善起来的一种红外材料,借用了粉末冶金中的热压工艺制备而成,但其脱模较困难,易造成产品破裂,而且达不到理论的密度,含有大量的微气孔,形成散射中心。

CVD硫化锌的光学性能明显优于热压硫化锌。但是CVD硫化锌在可见光波段是不透明的,其外观呈橘黄色。这是由于ZnS中夹杂的氢原子与S空位、Zn结合成复杂的络合物成为散射中心导致呈现橘黄色,透过率下降。

CVD硫化锌经过一次热等静压(HIP)处理后称为多光谱硫化锌;其透射短波起始在0.35um,和CVD硫化锌相比,在整个透射波段透过率都有改善。


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