一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件，屬于真空鍍膜【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用微納米多層膜結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種紅外與毫米波頻率分離器件，組成該器件的三種薄膜和基底的厚度設(shè)計滿足電磁波干涉條件，使得這種微納米結(jié)構(gòu)的薄膜器件能夠?qū)崿F(xiàn)紅外波段高反射和毫米波透射，且薄膜的表面粗糙度低，層數(shù)少物理厚度小，薄膜的整體應(yīng)力小，成本低，易于制作。
【專利說明】一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空鍍膜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多模式復(fù)合探測與成像技術(shù)的發(fā)展，紅外與毫米波共口徑探測技術(shù)是目前發(fā)展的重要方向之一。紅外與毫米波共口徑復(fù)合是將紅外系統(tǒng)和毫米波天線設(shè)計成共口徑的系統(tǒng)，既能發(fā)射毫米波能量，同時兼接收紅外和毫米波回波能量，然后通過共口徑分離器件將紅外與毫米波分別傳輸至紅外探測器和毫米波接收機(jī)。在該技術(shù)中，將紅外與毫米波分離的器件是關(guān)鍵部件之一，能夠?qū)⒓t外與毫米波兩個高跨度的電磁譜段分離，采用薄膜技術(shù)是唯一的方案。光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)一般為微納米尺度，達(dá)到電磁波的干涉條件后，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波譜段的頻率分離和幅度調(diào)整。
[0003]在國內(nèi)外紅外/毫米波分頻器件的研究設(shè)計中，主要以三種方法實(shí)現(xiàn)紅外與毫米波分頻:第一種是介質(zhì)紅外反射膜，其主要利用了介質(zhì)薄膜材料在毫米波透射的性能，通過高低折射率薄膜的組合實(shí)現(xiàn)在紅外波段的高反射，其缺點(diǎn)是薄膜較厚并且應(yīng)力大，容易破裂；第二種是在泡沫基底上的頻率選擇表面，由大量無源單元按某種特定分布方式周期排列而成的分層準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，對電磁波的透射和反射性能具有良好的選擇性，其缺點(diǎn)在于制作的表面不如介質(zhì)紅外膜表面光滑，導(dǎo)致紅外反射率不易提高；第三種是采用衍射光學(xué)元件的方法，在毫米波透射的器件表面刻蝕大量的衍射光柵，實(shí)現(xiàn)紅外波段的反射，這種方法具有體積小、效率高、設(shè)計靈活性大和易集成等特點(diǎn)，但是其設(shè)計制作成本高而且對加工設(shè)備的精度要求較高。
[0004]因此，如何設(shè)計一種紅外與毫米波頻率分離器件，既要保證紅外反射率與毫米波段的透過率，又要滿足膜層厚度薄易于制備，成本較低的要求，成為了亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何設(shè)計一種既能保證紅外反射率與毫米波段的透過率，又能滿足膜層厚度薄、易于制備，成本低要求的紅外與毫米波頻率分離器件。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件，所述器件自下而上包括基底、第一介質(zhì)薄膜、金屬薄膜和第二介質(zhì)薄膜；所述基底的厚度為(4.25 / n)mm，η表示基底的材料在毫米波段的折射率；所述第一介質(zhì)薄膜與第二介質(zhì)薄膜的厚度相同，均為20?50nm ;所述金屬薄膜最小厚度的設(shè)計依據(jù)為:保證紅外光波不能透射到所述金屬薄膜與第一介質(zhì)薄膜的界面；所述紅外光波從所述第二介質(zhì)薄膜的上表面入射實(shí)現(xiàn)紅外與毫米波頻率分離。[0009]優(yōu)選地，所述基底的材料為在毫米波段透明的材料。
[0010]優(yōu)選地，所述基底的材料為陶瓷、硫化鋅、藍(lán)寶石或熔融石英。
[0011 ] 優(yōu)選地，η表示基底材料在8.5mm波的折射率。
[0012]優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)薄膜的材料為Al2O3或ZnS，所述第二介質(zhì)薄膜的材料與第一介質(zhì)薄膜相同。
[0013]優(yōu)選地，所述金屬薄膜的材料為金或銀，厚度為[100，150]nm。
[0014]優(yōu)選地，所述基底上包覆有中波紅外導(dǎo)電膜。
[0015](三)有益效果
[0016]本發(fā)明采用微納米多層膜結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種紅外與毫米波頻率分離器件，組成該器件的三種薄膜和基底的物理厚度設(shè)計滿足電磁波干涉條件，使得這種微納米結(jié)構(gòu)的薄膜器件能夠?qū)崿F(xiàn)紅外波段高反射和毫米波透射，且薄膜的表面粗糙度低，層數(shù)少物理厚度小，薄膜的整體應(yīng)力小，成本低，易于制作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為對本發(fā)明實(shí)施例1進(jìn)行測量得到的紅外波段反射率光譜圖；
[0020]圖4為對本發(fā)明實(shí)施例1進(jìn)行測量得到的毫米波透過率譜圖；
[0021]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為對本發(fā)明實(shí)施例2進(jìn)行測量得到的紅外波段反射率光譜圖；
[0023]圖7為對本發(fā)明實(shí)施例2進(jìn)行測量得到的毫米波透過率譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0025]參閱圖1，本發(fā)明提供了一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件，所述器件自下而上包括基底O、第一介質(zhì)薄膜1、金屬薄膜2和第二介質(zhì)薄膜3 ;所述基底O的厚度為(4.25 / n) mm, η表示基底O的材料在8.5mm波的折射率；所述第一介質(zhì)薄膜I與第二介質(zhì)薄膜3的厚度相同，均為20?50nm ;所述金屬薄膜2的最小厚度的設(shè)計依據(jù)為:保證紅外光波不能透射到所述金屬薄膜2與第一介質(zhì)薄膜I的界面，其厚度由紅外反射率決定。所述基底上包覆有中波紅外導(dǎo)電膜。
[0026]所述紅外光波從所述第二介質(zhì)薄膜3的上表面入射實(shí)現(xiàn)紅外與毫米波頻率分離，紅外光波入射從上方入射，由于選擇的金屬薄膜厚度的最小厚度保證紅外光不會透射到金屬薄膜與第一介質(zhì)薄膜的界面，因此反射只發(fā)生在空氣-第一介質(zhì)薄膜、第一介質(zhì)薄膜-金屬薄膜兩個界面，在兩個界面反射的光振幅疊加，產(chǎn)生反射干涉增強(qiáng)效應(yīng)。
[0027]所述基底O的材料為在毫米波段透明的材料，可以為陶瓷、硫化鋅、藍(lán)寶石或熔融石英。
[0028]所述第一介質(zhì)薄膜為金屬薄膜與基底的過渡層，增強(qiáng)金屬薄膜與基底之間的附著力，材料為Al2O3或ZnS。第二介質(zhì)薄膜為保護(hù)膜，主要用于防止金屬薄膜的氧化。[0029]所述金屬薄膜的材料為金或銀，厚度為[100，150]nm。
[0030]實(shí)施例1
[0031]在本實(shí)施例中，紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)見圖2，基底4材料為熔融石英，基底的厚度選擇為4.71mm ;
[0032]在本實(shí)施例中，第一介質(zhì)薄膜5選擇為Al2O3，薄膜的厚度為20nm ；
[0033]在本實(shí)施例中，金屬薄膜6選擇為金膜,厚度為IOOnm;
[0034]在本實(shí)施例中，第二介質(zhì)薄膜7選擇與第一介質(zhì)薄膜5相同的材料和厚度。
[0035]采用電子束蒸發(fā)離子輔助沉積技術(shù)，對前述的紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行制備。制備后的紅外波段測量結(jié)果參閱圖3，在8.5_波附近的測量結(jié)果參閱圖4，表面粗糙度為1.37nm，膜層結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)張應(yīng)力，膜層應(yīng)力為20.8MPa。
[0036]實(shí)施例2
[0037]在本實(shí)施例中，紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)見圖5，基底8材料為熔融石英，基底的厚度選擇為4.71mm ;
[0038]在本實(shí)施例中，第一介質(zhì)薄膜9選擇為ZnS，薄膜的厚度為25nm ；
[0039]在本實(shí)施例中，金屬薄膜10選擇為銀膜，厚度為IlOnm ；
[0040]在本實(shí)施例中，第二介質(zhì)薄膜11選擇與第一介質(zhì)薄膜相同的材料和厚度。
[0041]采用電子束蒸發(fā)離子輔助沉積技術(shù)，對前述的紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行制備。制備后的紅外波段測量結(jié)果參閱圖6，在8.5_波附近的測量結(jié)果參閱圖7，表面粗糙度為1.69nm，膜層結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)張應(yīng)力，膜層應(yīng)力為18.9MPa。
[0042]由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明采用微納米多層膜結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種紅外與毫米波頻率分離器件，組成該器件的三種薄膜和基底的物理厚度設(shè)計滿足電磁波干涉條件，使得這種微納米結(jié)構(gòu)的薄膜器件能夠?qū)崿F(xiàn)紅外波段高反射(8um-14um)和毫米波透射(8.5mm),且薄膜的表面粗糙度低，層數(shù)少物理厚度小，薄膜的整體應(yīng)力小，成本低，易于制作。
[0043]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外與毫米波分頻微納米結(jié)構(gòu)薄膜器件，其特征在于，所述器件自下而上包括基底、第一介質(zhì)薄膜、金屬薄膜和第二介質(zhì)薄膜；所述基底的厚度為(4.25 / n)mm，n表示基底的材料在毫米波段的折射率；所述第一介質(zhì)薄膜與第二介質(zhì)薄膜的厚度相同，均為20?50nm ;所述金屬薄膜最小厚度的設(shè)計依據(jù)為:保證紅外光波不能透射到所述金屬薄膜與第一介質(zhì)薄膜的界面；所述紅外光波從所述第二介質(zhì)薄膜的上表面入射實(shí)現(xiàn)紅外與毫米波頻率分離。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述基底的材料為在毫米波段透明的材料。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述基底的材料為陶瓷、硫化鋅、藍(lán)寶石或熔融石英。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，η表示基底材料在8.5mm波的折射率。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一介質(zhì)薄膜的材料為Al2O3或ZnS，所述第二介質(zhì)薄膜的材料與第一介質(zhì)薄膜相同。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述金屬薄膜的材料為金或銀，厚度為[100,150]nm。
7.如權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的器件，其特征在于，所述基底上包覆有中波紅外導(dǎo)電膜。
【文檔編號】B81B7/00GK103466538SQ201310407841
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】劉華松, 冷健, 莊克文, 季一勤, 姜玉剛, 王利栓 申請人:中國航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所