告警探測(cè)系統(tǒng)中日盲紫外薄膜的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、日盲紫外探測(cè)系統(tǒng)與常規(guī)探測(cè)系統(tǒng)相比，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、虛警率低、靈敏度高、隱蔽性強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已引起光學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。該探測(cè)技術(shù)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量和分辨率要求非常嚴(yán)格，光譜限制條件十分苛刻，因此光學(xué)薄膜技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。紫外波段可使用的材料有限，絕大部分材料本身對(duì)光譜有吸收，且沉積工藝復(fù)雜，由于膜層厚度較薄，膜厚控制誤差較大，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備控制精度要求很高，所以給紫外光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)和制備帶來了一定的困難，這也是限制日盲紫外探

2、測(cè)技術(shù)發(fā)展的主要原因。本課題在“十二五”計(jì)劃“紫外信號(hào) XXXX技術(shù)”的支持下，對(duì)相關(guān)探測(cè)系統(tǒng)中光學(xué)薄膜進(jìn)行深入研究,具體研究?jī)?nèi)容如下。
　　(1)對(duì)薄膜材料和基底材料的特性進(jìn)行研究，針對(duì)紫外波段可用的材料少、易吸收、內(nèi)應(yīng)力大、折射率匹配等問題，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)紫外薄膜材料進(jìn)行篩選，根據(jù)實(shí)測(cè)的光譜曲線，采用包絡(luò)法分別計(jì)算模擬，獲得紫外波段薄膜材料的光學(xué)常數(shù)。
　　(2)針對(duì)日盲紫外系統(tǒng)探測(cè)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)四種膜系結(jié)構(gòu)，包括紫外增透

3、膜、干涉截止濾光膜、F-P帶通濾光膜以及誘導(dǎo)透射濾光膜?；诠鈱W(xué)薄膜的設(shè)計(jì)理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備的具體情況，借助Macleod、TFC等膜系設(shè)計(jì)軟件，通過對(duì)膜層厚度、迭代層數(shù)、敏感度、匹配導(dǎo)納等一系列參數(shù)的分析，并對(duì)膜厚誤差進(jìn)行模擬和反演，優(yōu)選膜系結(jié)構(gòu)。
　　(3)對(duì)薄膜沉積工藝技術(shù)進(jìn)行研究，由于真空室內(nèi)工藝參數(shù)的微小變化均會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，尤其在紫外波段。通過對(duì)膜層敏感度，沉積材料的蒸發(fā)狀態(tài)、蒸發(fā)工藝參數(shù)等研究，解決紫外薄膜厚度薄，

4、沉積誤差大的問題。
　　針對(duì)紫外薄膜材料對(duì)光譜易吸收的問題，對(duì)不同工藝參數(shù)（真空度、溫度、蒸發(fā)速率、離子源輔助技術(shù)）沉積的實(shí)驗(yàn)樣片進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，以減小由于工藝因素引起的光譜吸收問題；采用切削因子的計(jì)算方法，并與實(shí)驗(yàn)獲得的膜厚均勻性分布情況進(jìn)行對(duì)比分析，制作均勻性補(bǔ)償擋板；通過對(duì)離子源系統(tǒng)參數(shù)的深入研究，分析電子束蒸發(fā)時(shí)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，找出導(dǎo)致光譜漂移和膜層質(zhì)量變差的原因，并在不同的參數(shù)下制備樣片，分析其膜層的光譜

5、和表面質(zhì)量，從而優(yōu)選離子源輔助沉積的工藝參數(shù)；由于紫外波段的金屬膜厚度較薄，采用電子束蒸發(fā)給膜厚控制帶來了很大的困難，通過調(diào)整電子槍的蒸發(fā)功率和蒸發(fā)時(shí)間以及膜厚控制儀的輔助監(jiān)測(cè)，對(duì)所需厚度的金屬膜層進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)膜厚控制的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
　　(4)通過對(duì)誤差的分析并采用膜系設(shè)計(jì)軟件模擬和反演，找出引起誤差的原因，從而進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整工藝參數(shù)。
　　干涉截止濾光膜每層厚度偏差的累積會(huì)導(dǎo)致透射區(qū)波紋的產(chǎn)生。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅配

6、備有雙探頭，需要對(duì)厚度誤差進(jìn)行逆向反演分析，找出更換探頭的膜層位置，從而提高膜厚控制精度，實(shí)現(xiàn)壓縮通帶波紋和提升透過率的目的；誘導(dǎo)透射濾光膜是由介質(zhì)膜與金屬膜組成，針對(duì)介質(zhì)膜層與金屬膜層沉積溫度差異的問題，通過溫度變化的試驗(yàn)分析，找出合理的紫外誘導(dǎo)濾光膜烘烤溫度控制方法；F-P帶通濾光膜是由多腔組成，對(duì)于紫外波段只能利用石英晶體控制法進(jìn)行厚度控制，通過對(duì)石英晶體探測(cè)原理的研究，并針對(duì)厚度偏差進(jìn)行分析模擬，通過修正不同膜層的工具因子，提高

7、膜厚控制精度。
　　本文所研制的光學(xué)薄膜涵蓋了紫外、可見和近紅外波段，即200nm～1200nm，并且此波段的紫外薄膜具有背景透過率低，截止范圍寬等特點(diǎn)。最終研制了四種紫外薄膜。與日盲型光電倍增管探測(cè)器匹配的濾光膜在240nm～280nm處透過率達(dá)到86.64％，290nm～360nm波段平均截止度小于千分之一，截止深度為OD3；與CCD探測(cè)器相匹配的濾光膜在260nm峰值透過率為17.96%，半波寬度小于20nm，在290nm～