抗反射疏水红外窗口的制备研究

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)054201抗反射疏水红外窗口的制备研究冰张然)曹小文2)徐微微3)HaraguchiMasanobu3)高炳荣)十1)(吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点联合实验室，长春130012)2)(吉林大学机械科学与工程学院，长春130022)3)(DepartmentofOpticalScienceandTechnology，UniversityofTokushima，7708506，Japan)(2013年1O月14日收到；2013年11月l1日收到修改稿)本研究利用纳秒激

2、光两次双光束干涉无掩模烧蚀、快速制备硫化锌(ZnS)微纳结构抗反射疏水表面，使其红外透过率由原来的75％增加到92％，解决了表面淀积抗反射镀层膜层附着力、抗蚀性、热胀失配等问题．此方法加工过程快速简单，可实现大面积制作，且微纳结构使基底具有疏水性能，疏水角可达145。．使其在光电子、太阳能、航空航天及红外制导等领域具有广泛的应用前景．关键词：激光干涉，抗反射，疏水PACS：42．50．Wk，42．70．Km，42．62．一b，85．25．PbDOh10．7498／aps．63．054201高温高压下热胀失配的难题，保持了高透过率．由1引言于微纳结构本身

3、不需要与透射波长共振，只需要其特征尺寸远远小于透射波长即可，因而是一种本征硫化锌(ZnS)作为一种长波红外窗口材料，因的宽带透射材料，与多层反射膜相比，具有更大的其具有良好的红外透过性能和较好的力学、热学性增透带宽和低角度依赖性，大大吸引着研究者的注能，耐高温耐腐蚀，被广泛应用于红外探测及红外意力．当前制作表面结构的通用技术有光刻和电子制导等领域．但ZnS在红外波长的折射率较大f约束刻蚀等[5-s】，均需要制作掩模板，且腐蚀所用液为2．21，导致表面菲涅耳反射约为25％，为了增加体和气体均有本身的局限性，前者易腐蚀出大的晶探测的灵敏度，有必要制作高透过

4、率ZnS红外窗粒结构，后者刻蚀的气体为CH4／H2，刻蚀的效率口[I-3J．广泛应用常规方法是蒸镀多层抗反射涂低，大概为几nm／min．层[4】．通过光的相消干涉来实现反射光的减弱，虽本研究利用纳秒激光双光束干涉[9-15]、一步然这种方法大大增加了窗口的透过率，但由于热动无掩模烧蚀制备[16,17]了ZnS微纳阵列结构抗反射冲击等造成的高温高压条件下涂层和衬底材料热层[18]，使其透过率由75％增加到92％，且此过程胀失配会引起膜层的脱落，耐腐蚀性也会随之降在大气环境中进行，加工过程简单，并且制作的速低，导致透过率和使用寿命大大降低，限制反射涂度和面

5、积都能满足批量制备和实用化的需求[19,20]，层的应用．表面抗反射微纳结构是一种很好的增通过移动加工平台可以实现连续稳定的加工[21]，透方法【5]．它是通过在窗口材料表面制作出亚波长进而实现结构的大规模制作．通过二次叠加干涉，结构，改变表面的有效折射率，从而降低了表面反实现了表面次级结构的制作，提高了抗反射表面的射、提高了透过率．由于亚波长结构来源于本体材疏水性能[22,23】，制作出了兼具疏水和高透过率的料，微纳结构层与窗口本体材料随型膨胀，消除了ZnS红外窗口．国家自然科学基金(批准号：21003060)资助的课题十通讯作者．E—mail：br

6、gao@jlu．edu．cn⑥2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyMtp：／／wulixb．hy．ac．c佗054201．1l1．}物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．5(2014)054201对应的周期分别为2实验过程：2．1试剂与仪器多晶硫化锌(北京有色金属研究院)，纳秒激光z=器(Spectra—PhysicsQuanta-Ray一150)，场发射扫描电子显微镜(JEOLJSM一6700F)，接触角仪(上海梭将公式对应的光场进行二维光场分布模拟，如伦科技，SL200B)，傅里叶红外光谱仪(NICOLE

7、Y图2所示，其中首次干涉周期为3m，叠加干涉周6700)．期为1m，叠加的角度依次为(a)0。，(b)30。，(C)60。，(d)90。．可以看出，当叠加的角度为0。时，由2．2实验过程于烧蚀光栅的方向相同，所以在垂直于光栅的方向图1(a)所示为激光叠加干涉制备ZnS抗反射上，第二次叠加的结构仍为光栅；而对于30。，60。，层的光路图．由激光器产生的激光经3倍频后产生90。，由于每一次叠加的光强均为正弦分布，当把第355nm紫外纳秒激光，脉冲宽度为10ns，重复频二次干涉的光强叠加到第一次上时，第二次的结构率为10Hz[24-28】．经衰减片A调节后光

8、束经过半反半透镜BS分成光强相等的两柬光．利用M】，M2则会失去光栅的效果而变成断续的点阵结构