高耐候长波红外增透保护薄膜研究进展

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1126

摘要/Abstract

摘要：

高质量红外探测与传感系统在军事和社会生活中需求迫切。为改善长波红外光学窗口基材的光学与机械性能，提高长波红外系统的探测精度和环境耐候性，光学窗口表面增透保护薄膜的设计制备技术逐渐成为了红外技术领域的研究热点之一。本文基于近年来红外增透膜与增透保护膜的研究进展，概述了常用长波红外窗口镀膜基材和膜层材料特性，系统介绍了国内外针对长波范围的红外光学窗口表面增透保护薄膜的研究进展，归纳了膜层结构的设计方法及常用的制备手段，并展望了高质量长波红外增透保护薄膜设计制备领域的未来发展。

关键词: 光学薄膜, 红外增透膜, 红外保护薄膜, 红外光学窗口, 薄膜制备技术, 薄膜环境耐候性

Abstract:

High-quality infrared detection and sensing systems are in urgent demand in both military and civilian fields. To improve the optical and mechanical properties of long-wave infrared （LWIR） optical window substrates， as well as to enhance the detection accuracy and environmental durability of LWIR systems， the design and preparation technology of anti-reflection protective thin films on optical window surfaces has emerged as one of the key research hotspots in the field of infrared technology. Drawing on recent advances in infrared anti-reflection films and anti-reflection protective films， this paper outlines the characteristics of commonly used LWIR window film substrates and film materials， systematically summarizes the research progress in anti-reflection protective thin films for LWIR optical window surfaces both domestically and internationally， summarizes the design methods of film structures and commonly used preparation methods， and provides an outlook on the future development of the design and preparation of high-quality LWIR anti-reflection protective thin films.

Key words: optical thin film, infrared anti-reflection film, infrared protective thin film, infrared optical window, thin film preparation technology, thin film environmental durability

中图分类号:

TQ171

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图/表 7

图1 长波红外光窗基材的分类

Fig.1 Classification of LWIR optical window substrates

表1 常用长波红外光窗基材特性对比［15-16］

Table 1 Comparison of characteristics of common LWIR optical window substrates［15-16］

Material	Working wavelength range/μm	Refractive index	Density/ （g·cm^-3）	Knoop hardness/ （kg·mm^-2）	Elastic modulus/ GPa	Melting point/℃	Coefficient of thermal expansion/ （10^-6 K^-1）
Ge	1.8~12	4.02	5.33	780	103	937	6.0
Si	1.1~9	4.0	2.33	1 150	131	1 420	2.6
Diamond	0.25~3， 5~100	2.38	3.51	9 000	1 050	3 770	0.8
CVD ZnS	0.6~13	2.25	4.09	250	74	1 830	6.8
Multispectral ZnS	0.35~14.5	2.25	4.09	160	88	1 830	7.0
CVD ZnSe	0.5~20	2.43	5.27	137	70	1 520	7.1
As₄₀Se₆₀	1~14	2.77	4.63	106	18.3	185（transition temperature）	21.40
Ge₂₂As₂₀Se₅₈	0.9~14	2.5	4.65	150	23	300（transition temperature）	17.10

图2 ZnS红外光窗表面镀制不同过渡层结构的DLC薄膜与红外增透薄膜的实物照片与光谱对比

Fig.2 Sample image and spectral comparison images of ZnS infrared optical windows coated with DLC thin films with different transition layer structures and infrared anti-reflection protective thin films

图3 ZnS基材表面不同最外层保护膜结构及方法的示意图、光谱对比和力学性能曲线

Fig.3 Schematic diagram of different outermost protective film structures and methods on ZnS substrate surface， spectral comparison and mechanical property curves

图4 Ge基底表面制备的红外增透保护膜在湿热环境试验后的膜层脱落情况和透过率对比

Fig.4 Comparison of exfoliation and transmittance of infrared anti-reflection protective film prepared on Ge substrate surface after test in humid and hot environment

图5 不同膜层制备方法在Ge光窗基材表面镀制增透保护膜层的结构与性能曲线

Fig.5 Structure and performance curves of infrared anti-reflection protective films coated on surface of Ge optical window substrates by different film preparation methods

图6 硫系玻璃As40Se60基底表面镀制不同膜层结构红外增透保护薄膜的光谱对比

Fig.6 Spectral comparison of infrared anti-reflection protective thin films with different film structures plated on As40Se60 substrate of chylous glass

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