極低溫環(huán)境大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡防霜膜系及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)鍍膜加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種極端低溫環(huán)境下(南極)大口徑開放式反射光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡鏡面防霜膜系及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反射式光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在天文望遠(yuǎn)鏡中應(yīng)用十分廣泛。由于這種反射光學(xué)系統(tǒng)對(duì)玻璃材料在光學(xué)性能上沒有特殊要求，光線不需透過材料本身，主鏡可以進(jìn)行輕量化加工減輕重量和無色差，且大口徑透鏡光學(xué)材料不可多得，價(jià)格昂貴，因此大口徑的望遠(yuǎn)鏡大都采用反射式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡光路一般為開放式結(jié)構(gòu)，在極端低溫環(huán)境下使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鏡面結(jié)霜的現(xiàn)象導(dǎo)致無法正常觀測(cè)。
[0003]透明導(dǎo)電膜層(ITO)在液晶顯示器、觸摸屏、太陽能元件中大量使用，透明導(dǎo)電膜是一種重?fù)诫s、高簡(jiǎn)并的η型半導(dǎo)體材料，具有較低的電阻率，約為10_4Ω.cm，禁帶寬度介于3.5?4.5eV之間，因而在可見光區(qū)吸收很少，且鍍膜后的平均透過率可以達(dá)到85%以上。它以接近金屬的導(dǎo)電率、可見光范圍的高透過率很好地把物質(zhì)的透明性和導(dǎo)電性統(tǒng)一起來。
[0004]透明導(dǎo)電膜以其接近金屬的導(dǎo)電率、可見光范圍內(nèi)的高透射比、紅外高反射比以及其半導(dǎo)體特性，廣泛地應(yīng)用于太陽能電池、顯示器、氣敏元件、抗靜電涂層、現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)和巡航導(dǎo)彈的窗口、紅外輻射反射鏡涂層、飛機(jī)火車用玻璃除霜、建筑物幕墻玻璃等方面。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)反射鏡分為金屬反射鏡與全介質(zhì)反射鏡，金屬反射鏡反射膜最常用的金屬材料有鋁(AL)、銀(Ag)、金(Au)等，反射膜之上為單層或多層介質(zhì)膜，起到保護(hù)金屬膜與增加特定波段反射的作用。全介質(zhì)反射鏡采用高、低折射率交替的介質(zhì)膜材料組合而成。大口徑反射式開放結(jié)構(gòu)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡鏡面若采用普通金屬反射鏡或全介質(zhì)反射鏡時(shí)，在極端低溫的南極環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)鏡面結(jié)霜導(dǎo)致無法觀測(cè)的難題。
[0006]目前，南極望遠(yuǎn)鏡均為小口徑透射式密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在望遠(yuǎn)鏡的前表面采用鍍有透明導(dǎo)電膜的封窗玻璃實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的防霜功能。透明導(dǎo)電膜的透光區(qū)在可見光與近紅外波段，在紅外波段則存在強(qiáng)烈的吸收，因而該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不適合于大口徑反射式光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明需要解決的問題是針對(duì)極端低溫環(huán)境下南極地區(qū)使用大口徑反射式開放結(jié)構(gòu)光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡鏡面結(jié)霜現(xiàn)象，提供一種具有防霜功能的光學(xué)反射膜及其制備方法。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種極低溫環(huán)境大口徑反射式望遠(yuǎn)鏡防霜膜系，在反射式光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主鏡表面集成有透明導(dǎo)電膜，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜的結(jié)構(gòu)如下，自主鏡表面開始，依次為:透明導(dǎo)電膜層、中間絕緣層、反射膜層及最外介質(zhì)保護(hù)層；在所述透明導(dǎo)電膜層的兩邊，集成有導(dǎo)電電極。
[0009]其中，透明導(dǎo)電膜層采用氧化銦錫，膜層厚度為180納米； 中間絕緣層采用二氧化硅，膜層厚度為200納米；
反射膜層材料采用鋁或銀，膜層厚度為100納米；
最外介質(zhì)保護(hù)層采用二氧化硅、五氧化二鉭等介質(zhì)氧化物材料，膜層結(jié)構(gòu)為單層氧化物材料或采用高、低折射率交替的介質(zhì)氧化物材料組合，起到保護(hù)金屬膜與增加特定波段反射的作用。
[0010]導(dǎo)電電極的材料為銅，電極的膜層厚度為300納米。
[0011]完成本申請(qǐng)第二個(gè)發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述耐極低溫的大口徑反射式光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡防霜膜系的制備方法，其特征在于，步驟如下:
(I).準(zhǔn)備工作:
(I)-1.清潔真空室內(nèi)所有相關(guān)部件；
⑴-2.加入相關(guān)膜料；
⑴-3.放入待鍍光學(xué)反射鏡片；
(I) -4.對(duì)真空室抽真空；
⑵.導(dǎo)電膜鍍制步驟:烘烤后，進(jìn)行導(dǎo)電膜材料的蒸鍍，工藝條件:導(dǎo)電膜材料為氧化銦錫，采用氧離子輔助的方式蒸鍍，膜層監(jiān)控厚度180納米；
(3).中間絕緣層鍍制步驟:中間絕緣層鍍制材料為二氧化硅，膜層監(jiān)控厚度200納米； ⑷.反射膜鍍制步驟:反射膜鍍制材料為鋁或銀，膜層監(jiān)控厚度100納米；
(5).最外介質(zhì)保護(hù)層的鍍制步驟:最外介質(zhì)保護(hù)層鍍制材料為二氧化硅、五氧化二鉭等介質(zhì)氧化物材料，膜層結(jié)構(gòu)為單層氧化物材料或采用高、低折射率交替的介質(zhì)氧化物材料組合，起到保護(hù)金屬膜與增加特定波段反射的作用。
[0012](6).導(dǎo)電電極鍍制步驟:導(dǎo)電電極鍍制材料為銅，膜層監(jiān)控厚度300納米。
[0013]更具體和更優(yōu)化地說，各步驟操作方法如下:
準(zhǔn)備工作中的步驟⑴-2.加入相關(guān)膜料，是指:在坩禍中分別加入氧化銦錫、二氧化硅、五氧化二鉭、鋁或銀、銅膜料；
步驟⑴-4.對(duì)真空室抽真空，真空度優(yōu)于6 X KT4Pa ；
其他各步驟的工藝條件分別是:
⑵.導(dǎo)電膜鍍制步驟:在180攝氏度的烘烤溫度下恒定3小時(shí)后，進(jìn)行導(dǎo)電膜材料的蒸鍍，工藝條件:導(dǎo)電膜材料為氧化銦錫(所述氧化銦錫的質(zhì)量比組成是:90%In203、10%SnO2),真空度優(yōu)于6X 10_4Pa，霍爾離子源充40SCCM氧氣，離子源陽極電壓180伏，陽極電流6安培；
(3).中間絕緣層鍍制步驟:中間絕緣層鍍制材料為二氧化硅，真空度優(yōu)于6X 10_4Pa，霍爾離子源充40SCCM氧氣，離子源陽極電壓180伏，陽極電流6安培；
(4).反射膜鍍制步驟:反射膜鍍制材料為鋁或銀，真空度好于6X 10_4Pa，蒸發(fā)速率大于10納米/秒；
(5).最外介質(zhì)保護(hù)層的鍍制步驟:最外介質(zhì)保護(hù)層鍍制材料為二氧化硅、五氧化二鉭等氧化物膜料，真空度優(yōu)于6 X 1-4Pa,霍爾離子源充40SCCM氧氣，離子源陽極電壓180伏，陽極電流6安培；
(6).導(dǎo)電電極鍍制步驟:導(dǎo)電電極鍍制材料為銅，真空度優(yōu)于6X10_4Pa。
[0014]換言之，本發(fā)明的防霜反射膜工藝方法，包括有清潔真空室內(nèi)所有相關(guān)部件并加入相關(guān)膜料和放入待鍍光學(xué)反射鏡片的準(zhǔn)備工作步驟；對(duì)所述真空室進(jìn)行抽真空的抽真空步驟；真空度達(dá)到要求后將相關(guān)膜料氣化沉積到所述光學(xué)反射鏡片表面的鍍膜步驟。所述鍍膜步驟有如下分步驟:導(dǎo)電膜鍍制步驟；絕緣層與反射膜鍍制步驟；導(dǎo)電電極鍍制步驟。
[0015]由于采用了上述方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
1、本發(fā)明制備的防霜反射膜可用于極端低溫環(huán)境下，結(jié)合鏡面溫升控制避免鏡面結(jié)霜。
[0016]2、對(duì)防霜反射膜系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，在具有防霜功能的同時(shí)保證了膜系的可見與紅外光譜反射性能。
[0017]在膜層反射材料同樣使用鋁時(shí)，在400nm-2000nm波段范圍，本防霜反射膜系光譜反射率平均值優(yōu)于89% ;使用導(dǎo)電膜用于普通鋁反射鏡的光譜反射率