Research Advances in High-Weather-Resistance LWIR Anti-Reflection Protective Thin Films

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1126

Abstract

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

CLC Number:

TQ171

SONG Jiatian, WU Yuefeng, HAN Mengqing, LI Yongqi, LI Hao, ZHAO Fan, MA Feilong, WANG Yilin, JIN Yangli, CHEN Wei, LIU Yonghua, HAN Bin. Research Advances in High-Weather-Resistance LWIR Anti-Reflection Protective Thin Films[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(3): 930-945.

Figures/Tables 7

Fig.1 Classification of LWIR optical window substrates

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

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

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

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

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

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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