本發(fā)明涉及光學(xué)膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙帶通截止型復(fù)合濾光膜、濾光片及其制備方法。

背景技術(shù)：

飛行員在夜間飛行時(shí)，為了使其視覺(jué)不受座艙照明和座艙內(nèi)儀表的影響，需要佩戴夜視鏡。C類NVIS(夜視系統(tǒng))雙帶通截止型復(fù)合濾光膜可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)座艙照明不干擾飛行員對(duì)外觀察，同時(shí)也不影響其對(duì)座艙內(nèi)儀表的裸眼觀察，實(shí)現(xiàn)夜視兼容。因此，該類夜視鏡可用于現(xiàn)役飛行器的夜視兼容改裝，或?yàn)轱w行員配置，以提高飛行員的夜間飛行器控制水平。但是，現(xiàn)有的C類NVIS雙帶通截止型復(fù)合濾光膜的膜系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其制備工藝?yán)щy，使得制成的濾光膜的功能不穩(wěn)定。可見(jiàn)，現(xiàn)有的雙帶通截止型復(fù)合濾光片存在膜系結(jié)構(gòu)不合理，制備困難的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供雙帶通截止型復(fù)合濾光膜，能夠有效過(guò)濾機(jī)艙內(nèi)照明光波，以防止飛機(jī)座艙照明對(duì)眼睛的影響；同時(shí)能夠使飛行器的夜視系統(tǒng)產(chǎn)生的光線透過(guò)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

雙帶通截止型復(fù)合濾光膜，膜系結(jié)構(gòu)為滿足λ/4周期性的膜堆(LH)^S，

其中，L為二氧化硅膜層；H為五氧化三鈦膜層，S為周期數(shù)，取值為21-23；與基片相鄰的膜層為第1層，采用五氧化三鈦膜層，所述第1層的幾何厚度 為177-178nm；最外層為S層，采用二氧化硅膜層，所述第S層的幾何厚度為178-179nm；第2-S層中，偶數(shù)層均為二氧化硅膜層，偶數(shù)層的幾何厚度為50-101nm，奇數(shù)層均為五氧化三鈦膜層，奇數(shù)層的幾何厚度為30-50nm。

優(yōu)選地，S取值為22。

本發(fā)明制成的濾光膜，在波段540-585nm內(nèi)透過(guò)率最大值低于2％，在653-671nm處任意波長(zhǎng)的透過(guò)率有一點(diǎn)要達(dá)到50％，671-725nm波段的透過(guò)率至少大于50％。725-950nm波段的透過(guò)率至少大于92％，透過(guò)率平均大于97％，紅外波段幾乎能透過(guò)。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，第1層的幾何厚度為177.05nm；第2層的幾何厚度為75.76nm；

第3層的幾何厚度為37.27nm；第4層的幾何厚度為78.89nm；

第5層的幾何厚度為47.18nm；第6層的幾何厚度為53.49nm；

第7層的幾何厚度為38.58nm；第8層的幾何厚度為82.23nm；

第9層的幾何厚度為46.44nm；第10層的幾何厚度為88.18nm；

第11層的幾何厚度為51.41nm；第12層的幾何厚度為92.54nm；

第13層的幾何厚度為51.8nm；第14層的幾何厚度為83.65nm；

第15層的幾何厚度為38.36nm；第16層的幾何厚度為59.64nm；

第17層的幾何厚度為35.24nm；第18層的幾何厚度為75.89nm；

第19層的幾何厚度為49.73nm；第20層的幾何厚度為94.78nm；

第21層的幾何厚度為53.36nm；第22層的幾何厚度為94.84nm；

第23層的幾何厚度為53.07nm；第24層的幾何厚度為93.91nm；

第25層的幾何厚度為49.13nm；第26層的幾何厚度為77.24nm；

第27層的幾何厚度為30.12nm；第28層的幾何厚度為55.92nm；

第29層的幾何厚度為42.28nm；第30層的幾何厚度為85.93nm；

第31層的幾何厚度為51.6nm；第32層的幾何厚度為97.17nm；

第33層的幾何厚度為54.09nm；第34層的幾何厚度為97.98nm；

第35層的幾何厚度為53.76nm；第36層的幾何厚度為95.61nm；

第37層的幾何厚度為53.04nm；第38層的幾何厚度為100.15nm；

第39層的幾何厚度為53.93nm；第40層的幾何厚度為92.96nm；

第41層的幾何厚度為51.64nm；第42層的幾何厚度為88.44nm；

第43層的幾何厚度為48.43nm；第44層的幾何厚度為178.8nm。

在該實(shí)施方式中對(duì)膜系中各個(gè)膜層的厚度進(jìn)行優(yōu)化，使其實(shí)現(xiàn)以下功能：在波段450-520nm，565-585nm透過(guò)率的最大值低于0.5％；在波段540-550nm內(nèi)透過(guò)率最大值低于2％；在653-671nm波段中任意一點(diǎn)的波長(zhǎng)透過(guò)率達(dá)到50％；在671-725nm處的透過(guò)率至少高于50％，透過(guò)率平均大于85％；在725-950nm波段的透過(guò)率至少高于92％，透過(guò)率平均大于97％。

波段450-520nm以及565-585nm為機(jī)艙內(nèi)照明光源的波段，因此在膜系設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)該波段的光源進(jìn)行過(guò)濾。通過(guò)本發(fā)明中的膜系能夠有效過(guò)濾，透過(guò)率僅為0.5％，避免了機(jī)艙內(nèi)部照明光源的影響。540-550nm是綠光波段，為視覺(jué)的敏感波段，主要用于艙內(nèi)指示燈、信號(hào)燈、背光源，透過(guò)率僅為2％，既能降低其對(duì)夜視系統(tǒng)的影響，又能保證視力注意到其存在。飛機(jī)座艙內(nèi)的信息顯示器件在近紅外波段都有較高的輻射能量，這些輻射進(jìn)入夜視成像設(shè)備，會(huì)激活其自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，導(dǎo)致夜視儀的靈敏度降低，不能看清艙外的景物，從而喪失了夜視功能。653-671nm任意點(diǎn)的波段透過(guò)率達(dá)到50％，降低飛機(jī)座艙內(nèi)的信息顯示器件的輻射能，但也部分能進(jìn)入濾光膜，保證飛行員能夠觀察到儀表等信息顯示器。725-950nm波段為長(zhǎng)波段，幾乎都能通過(guò)本 發(fā)明的膜系過(guò)濾，使本發(fā)明通過(guò)連接外部設(shè)備利用光電圖像轉(zhuǎn)換原理來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外觀察。

本發(fā)明提供一種雙帶通截止型復(fù)合濾光片，采用上述的膜系，還包括光學(xué)玻璃基片，在所述基片上覆蓋上述膜系中的第1層膜層。

本發(fā)明還提供雙帶通截止型復(fù)合濾光片的制備方法，包括以下步驟：

步驟S101，清潔基片；

步驟S102，將基片放入真空室內(nèi)，抽真空至2×10^-2Pa，加熱所述基片至170℃-200℃；

步驟S103，鍍制第1層膜層，對(duì)五氧化三鈦膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后的五氧化三鈦膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-2Pa，離子轟擊電壓600V-1kV負(fù)高壓，離擊時(shí)間為15min-20min，使五氧化三鈦膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第1層膜層的厚度；

步驟S104，鍍制第2層膜層，對(duì)二氧化硅膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后的二氧化硅膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-1Pa，離子轟擊電壓400V-800V負(fù)高壓，離擊時(shí)間為10min-15min，使二氧化硅膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第2層膜層的厚度；

步驟S105，鍍制第3層膜層，對(duì)五氧化三鈦膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后的五氧化三鈦膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-1Pa，離子轟擊電壓200V-600V負(fù)高壓，離擊時(shí)間為10min-15min，使五氧化三鈦膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第3層膜層的厚度；

步驟S106，依次重復(fù)步驟S104和步驟S105，鍍制第4～43層膜層；

步驟S107，鍍制第44層膜層，對(duì)二氧化硅膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后的二氧化硅膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-2Pa，離子轟擊電壓 600V-1kV負(fù)高壓，離擊時(shí)間為15min-20min，使二氧化硅膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第44層膜層的厚度；

步驟S108，將鍍制完成44層膜層的濾光片放置在真空室內(nèi)200℃的溫度中保溫2小時(shí)，自然冷卻至室溫后取出。

一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟S103-步驟S107中還包括：離子輔助沉淀；在采用膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊的同時(shí)，通過(guò)離子束轟擊在基片表面的淀積離子。通過(guò)離子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)移，使淀積離子獲得更大的動(dòng)能，從而提高膜層的致密度。

一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟S108中包括：

步驟S1081，將鍍制完成44層膜層的濾光片放置在真空室內(nèi)200℃的溫度中保溫2小時(shí)，待真空室溫度降至100℃以下，打開(kāi)放氣閥向真空室內(nèi)充氣，使真空室內(nèi)氣壓與大氣壓相等，并放置2小時(shí)；

步驟S1082，在大氣壓環(huán)境下對(duì)濾光片進(jìn)行烘烤，在200℃溫度中烘烤2小時(shí)。通過(guò)在大氣壓中進(jìn)行烘烤，對(duì)濾光片進(jìn)行老化處理，防止鍍制完成后波長(zhǎng)飄移。

制作完的濾光片離開(kāi)真空室并曝露在大氣中，膜層由于吸收空氣中的水氣使濾光片的中心波長(zhǎng)變長(zhǎng)。這是因?yàn)槲账畾庠斐闪四拥挠行д凵渎矢淖儯行У墓鈱W(xué)厚度也發(fā)生變化，導(dǎo)致波長(zhǎng)飄移。本步驟中，通過(guò)在大氣中烘烤濾光片，使進(jìn)入膜層中的水氣蒸發(fā)，同時(shí)提高濾光片上膜層的聚集密度，防止鍍制完成后波長(zhǎng)飄移。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明中，濾光膜由二氧化硅膜層與五氧化三鈦膜層交互疊加形成的(LH)^S膜系，對(duì)各個(gè)膜層的厚度都進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其在波段450-585nm的 透過(guò)率最大值低于0.5％，在653-671nm處任意波長(zhǎng)的透過(guò)率至少一點(diǎn)達(dá)到50％，671-725nm波段的透過(guò)率至少大于50％。725-950nm波段的透過(guò)率至少大于92％，透過(guò)率平均大于97％，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)座艙照明不干擾夜視鏡對(duì)外觀察，同時(shí)也不影響對(duì)座艙內(nèi)儀表的裸眼觀察，提高飛行員的夜間觀察能力。

將本發(fā)明的濾光膜鍍制在光學(xué)玻璃的表面，形成濾光鏡，能夠作為濾光片，可使用在夜視鏡中。

本發(fā)明提供的濾光片的制備方法，采用離子轟擊鍍膜，并根據(jù)膜層厚度同時(shí)通過(guò)石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法，得到較為精確的厚度控制結(jié)果和良好的膜層應(yīng)力匹配性，最終保證了整個(gè)膜系的物理和光學(xué)性能。同時(shí)，采用離子源輔助沉淀鍍膜和老化處理，防止鍍制完成后波長(zhǎng)飄移。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為濾光片的實(shí)測(cè)光譜曲線；

圖2為540nm-550nm局部實(shí)測(cè)光譜曲線；

圖3為635nm-950nm局部實(shí)測(cè)光譜曲線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本實(shí)施例中提供一種雙帶通截止型復(fù)合濾光片，包括44層膜層和光線玻璃基片。上述的44層膜層的膜系結(jié)構(gòu)滿足λ/4周期性的膜堆(LH)^S。其中， L為二氧化硅膜層；H為五氧化三鈦膜層，S為周期數(shù)，取值為22。在第1-44層膜層中，奇數(shù)層均為五氧化三鈦膜層，偶數(shù)層均為二氧化硅膜層，每一層的幾何厚度具體如表1。

在該實(shí)施方式中對(duì)膜系中各個(gè)膜層的厚度進(jìn)行優(yōu)化，使其實(shí)現(xiàn)以下功能：在波段540-585nm內(nèi)透過(guò)率最大值低于2％；在653-671nm波段中至少有一點(diǎn)的波長(zhǎng)透過(guò)率能夠達(dá)到50％；在671-725nm處的透過(guò)率至少高于50％，透過(guò)率平均大于85％；在725-950nm波段的透過(guò)率至少高于92％，透過(guò)率平均大于97％。

表1

波段450-520nm以及565-585nm為機(jī)艙內(nèi)照明光源的波段。通過(guò)本發(fā)明中的膜系能夠有效過(guò)濾，透過(guò)率僅為0.5％，避免了機(jī)艙內(nèi)部照明光源的影響。 540-550nm是綠光波段，為視覺(jué)的敏感波段，主要用于艙內(nèi)指示燈、信號(hào)燈、背光源，透過(guò)率僅為2％，既能降低其對(duì)夜視系統(tǒng)的影響，又能保證視力能夠注意到其存在。飛機(jī)座艙內(nèi)的信息顯示器件在近紅外波段都有較高的輻射能量，這些輻射波段在653-671nm之間。本實(shí)例中，653-671nm任意點(diǎn)的波段透過(guò)率僅為50％，降低其輻射能，但部分也能進(jìn)入濾光膜，保證飛行員能夠觀察到儀表等信息顯示器。725-950nm波段為長(zhǎng)波段，幾乎都能通過(guò)本發(fā)明的膜系過(guò)濾，可以通過(guò)本實(shí)施例結(jié)合其他部件實(shí)現(xiàn)紅外觀察。

上述實(shí)施例的雙帶通截止型復(fù)合濾光片的制備方法，包括以下步驟：

步驟S101，清潔基片，并將清潔好的基片放入夾具中。

步驟S102，將基片放入真空室內(nèi)，打開(kāi)真空閥門，使真空室內(nèi)的真空度為2×10^-2Pa，打開(kāi)烘燒開(kāi)關(guān)，加熱基片至170℃-200℃。

步驟S103，鍍制第1層膜層，對(duì)五氧化三鈦膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，使膜料吸附的氣體放出，以減少雜質(zhì)。用預(yù)熔后的五氧化三鈦膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-2Pa，離子轟擊電壓600V-1kV負(fù)高壓，離擊時(shí)間為15min-20min，使五氧化三鈦膜料離子沉積在基片上。在離子沉積過(guò)程中同時(shí)采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法來(lái)確定第1層膜層的厚度。石英晶體監(jiān)控膜層厚度只能顯示其幾何厚度，而無(wú)法知道鍍制過(guò)程中膜層的折射率。但是其在監(jiān)控時(shí)輸出為電信號(hào)，呈線性變化，可以記錄膜料的蒸發(fā)速率，并用來(lái)控制鍍膜過(guò)程。光學(xué)監(jiān)控方法能夠測(cè)量膜層的光學(xué)厚度，從而可獲取鍍制過(guò)程中膜層的反射率和透射率，但是其信號(hào)呈正弦變化，難以監(jiān)控淀積速率。本步驟中，采用兩種方式結(jié)合來(lái)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)在鍍制過(guò)程中，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)膜層的厚度以及折射率，從而實(shí)現(xiàn)有效的控制鍍膜過(guò)程中的膜層厚度。

步驟S104，鍍制第2層膜層，對(duì)二氧化硅膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后 的二氧化硅膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-1Pa，離子轟擊電壓400V-800V負(fù)高壓，離擊時(shí)間為10min-15min，使二氧化硅膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第2層膜層的厚度。由于第2層膜層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于第1層的厚度，因此其離子轟擊電壓以及時(shí)間小于第1層膜相應(yīng)的鍍制參數(shù)。一方面降低單位時(shí)間內(nèi)離子從膜料中分離的數(shù)量，即減少分離密度；另一方面通過(guò)縮短離擊時(shí)間來(lái)減少單位時(shí)間內(nèi)淀積的離子數(shù)量。

步驟S105，鍍制第3層膜層，對(duì)五氧化三鈦膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后的五氧化三鈦膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-1Pa，離子轟擊電壓200V-600V負(fù)高壓，離擊時(shí)間為10min-15min，使五氧化三鈦膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第3層膜層的厚度；在膜系的第2-43層中，奇數(shù)膜層的厚度薄于偶數(shù)膜層，因此，第3層膜層鍍制中，離子轟擊電壓低于第2層膜層的轟擊電壓，以降低其離子從膜料分離的密度。

步驟S106，依次重復(fù)步驟S104和步驟S105，鍍制第4～43層膜層；

步驟S107，鍍制第44層膜層，對(duì)二氧化硅膜料顆粒進(jìn)行預(yù)熔，用預(yù)熔后的二氧化硅膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊，真空度為2×10^-2Pa，離子轟擊電壓600V-1kV負(fù)高壓，離擊時(shí)間為15min-20min，使二氧化硅膜料離子沉積在基片上，采用石英晶體監(jiān)控以及光學(xué)監(jiān)控的方法確定第44層膜層的厚度。

同時(shí)，在步驟S103-步驟S107中還包括：離子輔助沉淀；在采用膜料對(duì)基片進(jìn)行離子轟擊的同時(shí)，通過(guò)離子束轟擊在基片表面的淀積離子。通過(guò)離子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)移，使淀積離子獲得更大的動(dòng)能，從而提高膜層的致密度，以減少波長(zhǎng)飄移。

步驟S108，將鍍制完成44層膜層的濾光片放置在真空室內(nèi)200℃的溫度中保溫2小時(shí)，自然冷卻至室溫后取出。

為了防止鍍制后的濾光片產(chǎn)生波長(zhǎng)飄移，在一種實(shí)施方式中，在步驟S108中加入了老花處理。具體包括以下步驟：

步驟S1081，將鍍制完成44層膜層的濾光片放置在真空室內(nèi)200℃的溫度中保溫2小時(shí)，待真空室溫度降至100℃以下，打開(kāi)放氣閥向真空室內(nèi)充氣，使真空室內(nèi)氣壓與大氣壓相等，并放置2小時(shí)。在高溫環(huán)境下，將濾光片放置在大氣中，使濾光片中的濾光膜充分與大氣中的水分接觸，實(shí)現(xiàn)加速老化。

步驟S1082，在大氣壓環(huán)境下對(duì)濾光片進(jìn)行烘烤，在200℃溫度中烘烤2小時(shí)。通過(guò)在大氣壓中進(jìn)行烘烤，進(jìn)行老化處理，使進(jìn)入膜層中的水氣蒸發(fā)，同時(shí)提高濾光片上膜層的聚集密度，防止鍍制完成后波長(zhǎng)飄移。

對(duì)本實(shí)施例制成的濾光片通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)試器光譜特性，測(cè)試結(jié)果如圖1-3。在圖1-3中，X軸均表示波長(zhǎng)(nm)，Y軸均表示透過(guò)率(％)。圖1為濾光片的實(shí)測(cè)光譜曲線，圖2為540nm-550nm局部實(shí)測(cè)光譜曲線，圖3為635nm-950nm局部實(shí)測(cè)光譜曲線。從上述三個(gè)圖可知，本實(shí)施例制成的濾光片中，在波段450-520nm，565-585nm透過(guò)率最大值低于0.5％。在540-585nm間的透過(guò)率低于2％，在653-671nm波段中任意一點(diǎn)的波長(zhǎng)透過(guò)率至少達(dá)到50％；在671-950nm波段的透過(guò)率至少高于92％，透過(guò)率平均大于97％。可見(jiàn)，本發(fā)明制成的濾光片能夠達(dá)到符合本發(fā)明目的中需要的透光率，滿足光學(xué)膜系的設(shè)計(jì)要求。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。