红外光学材料反射率检测方法的研究

红外光学材料反射率检测方法的研究

李林涛，胡 忠，张友良，薛 立，赵梓妤，杨 静

（云南北方驰宏光电有限公司 云南 昆明 650217）

摘要：本文研究了适合于红外光学材料反射率测试的方法。选取Ge、多光谱ZnS、ZnSe、IG5、IG6五种材料进行反射率测试的试验。将5种材料的陪片单面镀制8～12 m波段高效增透膜，并采用不同粒度的金刚砂对陪片的未镀膜面进行研磨，研磨后测试陪片的反射率。通过对大量测试数据的分析研究，最终总结出了适合于红外光学材料反射率测试的方法。

关键词：红外；反射率；测试；表面粗糙度

0 引言

由于光学系统各零部件的性能要求变得越来越高。许多红外光学产品尤其是军用产品均对产品镀膜后的反射率指标提出了要求，因此，反射率检测也逐渐成为产品验收的必检项目之一。目前，国内外尚未有关于反射率检测的方法和标准，对于检测用测试件（统称，陪片）也没有严格的要求，这就造成了检测结果存在一定的差异。本项目将针对红外高效增透膜膜层反射率的检测方法进行研究。

1 检测内容

1）检测方法

本文采用德国布鲁克红外光谱仪对陪片的反射率进行检测。反射率采用相对检测法进行，检测设备如图1所示。

图1 德国布鲁克红外光谱仪

检测的具体步骤如下：

①陪片尺寸及数量：25.40-0.1×30-0.5，5种材料各12件；

②将陪片的一面进行精磨、抛光，陪片面

形要求：N≤2，N≤0.5，平行度t≤0.01 mm；

③将陪片的一面进行单面镀高效增透膜

； （镀膜波段为8～12 m）

材料

Ge 多光谱ZnS ZnSe

IG5

硫系玻璃

IG6

波段

8～12 m

基片透过率要求

≥45% ≥73% ≥72% ≥65% ≥64%

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2018年 云光技术 第50卷 第2期

④分别采用100#、240#、280# 金刚砂对陪片的2面（非镀膜面）进行研磨，检测其粗糙度和反射率并进行记录；

⑤分析对比检测结果，得出适用于反射率测试方法。 2）检测

①首先对基片的透过率进行检测，以确认基片为合格材料。 ②对5种材料的陪片进行加工并单面镀高效增透膜。

Ge陪片 多光谱ZnS陪片 ZnSe陪片

IG5陪片 IG6陪片

③采用3种粒度的金刚砂对陪片的未镀膜面进行研磨，并用轮廓仪对陪片研磨面的表面粗糙度进行检测。

100#金刚砂 240#金刚砂 280#金刚砂

④分别检测3种粒度金刚砂研磨后的陪片的反射率，并详细记录。

2 检测结果

采用3种粒度金刚砂研磨后Ge陪片的反射率及粗糙度测试结果如表1所示。

采用3种粒度金刚砂研磨后多光谱ZnS陪片的反射率及粗糙度测试结果如表2所示。 采用3种粒度金刚砂研磨后ZnSe陪片的反射率及粗糙度测试结果如表3所示。 72

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采用3种粒度金刚砂研磨后IG5陪片的反射率及粗糙度测试结果如表4所示。

表1 3种粒度金刚砂研磨后Ge陪片的反射率及粗糙度测试结果

类型

编号

100#金刚砂 240#金刚砂 280#金刚砂

粗糙度 反射率 粗糙度 反射率 粗糙度 反射率

1# 11.52 0.37% 4.73 0.35% 2.86 0.45%

2# 11.52 0.36% 4.72 0.34% 2.87 0.44% 3# 11.51 0.35% 4.75 0.35% 2.92 0.45% 4# 11.53 0.37% 5.12 0.34% 3.12 0.43% 5# 11.55 0.36% 4.67 0.33% 3.11 0.44%

陪片

6# 11.49 0.36% 4.82 0.34% 2.78 0.44% 7# 11.53 0.37% 5.14 0.33% 2.96 0.44% 8# 11.52 0.35% 4.76 0.35% 2.32 0.43% 9# 11.52 0.35% 4.68 0.34% 2.22 0.45% 10# 11.53 0.37% 4.82 0.35% 2.87 0.44% 11# 11.53 0.36% 4.87 0.34% 3.12 0.43% 12# 11.53 0.37% 5.16 0.33% 2.97 0.43%

表2 3种粒度金刚砂研磨后多光谱ZnS陪片的反射率及粗糙度测试结果

类型

编号

100#金刚砂 240#金刚砂 280#金刚砂 粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

1# 11.52 0.53% 4.77 0.52% 2.38 0.63% 2# 11.52 0.53% 4.67 0.51% 2.44 0.62% 3# 11.51 0.52% 4.66 0.51% 2.36 0.63% 4# 11.52 0.53% 4.72 0.52% 2.33 0.63% 5# 11.51 0.52% 4.65 0.51% 2.36 0.64%

陪片

6# 11.49 0.52% 4.73 0.52% 2.45 0.64% 7# 11.52 0.52% 4.69 0.51% 3.46 0.63% 8# 11.53 0.53% 4.67 0.51% 2.37 0.63% 9# 11.53 0.53% 4.65 0.50% 2.35 0.62% 10# 11.52 0.52% 4.72 0.52% 2.41 0.64% 11# 11.53 0.53% 4.72 0.51% 2.36 0.62% 12# 11.53 0.53% 4.73 0.52% 2.37 0.63%

采用3种粒度金刚砂研磨后IG6陪片的反射率及粗糙度测试结果如表5所示。 对所有的数据进行分析，分别计算了每种材料不同粒度金刚砂研磨后陪片反射率测试的平均值，如表6所示。

从表6中，可以看出：用100#金刚砂和240#金刚砂研磨的陪片测试得到的反射率更能客观反映真实值。但，对于硫系玻璃等特殊材料，用100#砂进行研磨时较容易损伤零件，因此，对于反射率的测试最终选用240#金刚石砂进行研磨。

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表3 3种粒度金刚砂研磨后ZnSe陪片的反射率及粗糙度测试结果

类型

编号

100#金刚砂 240#金刚砂 280#金刚砂 粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

1# 11.47 0.46% 4.57 0.44% 2.67 0.54% 2# 11.43 0.45% 4.54 0.44% 2.65 0.53% 3# 11.48 0.46% 4.47 0.42% 2.57 0.52% 4# 11.45 0.45% 4.52 0.44% 2.67 0.53% 5# 11.43 0.44% 4.53 0.44% 2.71 0.54%

陪片

6# 11.47 0.46% 4.48 0.42% 2.67 0.53% 7# 11.45 0.45% 4.52 0.43% 2.65 0.53% 8# 11.45 0.46% 4.55 0.43% 2.63 0.52% 9# 11.46 0.46% 4.52 0.42% 2.67 0.53% 10# 11.44 0.44% 4.49 0.42% 2.66 0.52% 11# 11.45 0.45% 4.52 0.42% 2.67 0.52% 12# 11.45 0.46% 4.56 0.43% 2.72 0.54%

表4 3种粒度金刚砂研磨后IG5陪片的反射率及粗糙度测试结果

类型

编号

100#金刚砂 240#金刚砂 280#金刚砂 粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

1# 11.43 0.43% 4.62 0.44% 2.71 0.54% 2# 11.42 0.42% 4.62 0.43% 2.71 0.53% 3# 11.44 0.44% 4.63 0.44% 2.68 0.52% 4# 11.43 0.43% 4.63 0.44% 2.71 0.54% 5# 11.42 0.43% 4.62 0.43% 2.69 0.53%

陪片

6# 11.44 0.44% 4.62 0.43% 2.71 0.54% 7# 11.43 0.44% 4.63 0.42% 2.68 0.53% 8# 11.42 0.43% 4.62 0.44% 2.68 0.52% 9# 11.43 0.44% 4.63 0.44% 2.71 0.54% 10# 11.42 0.44% 4.62 0.43% 2.71 0.54% 11# 11.43 0.43% 4.62 0.43% 2.69 0.53% 12# 11.42 0.43% 4.63 0.42% 2.69 0.54%

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表5 3种粒度金刚砂研磨后IG6陪片的反射率及粗糙度测试结果

类型

编号

100#金刚砂 240#金刚砂 280#金刚砂 粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

粗糙度

反射率

1# 11.42 0.43% 4.61 0.44% 2.72 0.54% 2# 11.43 0.44% 4.63 0.43% 2.71 0.53% 3# 11.42 0.44% 4.62 0.43% 2.72 0.54% 4# 11.43 0.43% 4.62 0.43% 2.71 0.53% 5# 11.42 0.43% 4.62 0.44% 2.72 0.53%

陪片

6# 11.43 0.44% 4.62 0.44% 2.75 0.54% 7# 11.42 0.43% 4.63 0.43% 2.69 0.52% 8# 11.43 0.44% 4.63 0.43% 2.72 0.53% 9# 11.43 0.43% 4.62 0.44% 2.73 0.54% 10# 11.44 0.44% 4.63 0.43% 2.72 0.53% 11# 11.42 0.43% 4.62 0.44% 2.73 0.53% 12# 11.44 0.44% 4.62 0.44% 2.75 0.54%

表6 3种粒度金刚砂研磨后陪片反射率的平均值

材料 多光谱ZnS

100# 240# 280# 0.53% 0.51% 0.63%

Ge 0.36% 0.34% 0.44% ZnSe 0.45% 0.43% 0.53% IG5 0.43% 0.43% 0.53% IG6 0.43% 0.43% 0.53%

3 结论

对于红外光学元件反射率的测量，应当采用(25.40－0.1)×(30－0.5)的陪片进行检测，陪片面形要求：N≤2，N≤0.5，平行度t≤0.01 mm；陪片一面为镀膜面（即测试面），另一面用240#金刚砂进行研磨，再采用相对测量法对陪片的反射率进行测试。

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