紅外技術(shù)最初主要用于軍事領(lǐng)域，后來隨著科技的發(fā)展，紅外在大氣探測(cè)、航天、甚至很多民用等領(lǐng)域也逐漸扮演重要角色。在紅外光學(xué)系統(tǒng)中，紅外光能量的透過率決定了該系統(tǒng)性能的好壞。減少光學(xué)元件表面的反射，從而増加光學(xué)系統(tǒng)在工作波段內(nèi)的透過率對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有著重大意義。因而，通過在紅外光學(xué)元件表面鍍制増透膜來降低其表面反射損失，從而提高整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能己成為研究重點(diǎn)。隨著現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展，紅外光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用日益増多，越來越多地光學(xué)器件要求工作波段在紅外區(qū)，這就使得高性能紅外増透膜的研制成為光學(xué)研究中的重要部分。

1紅外增透膜

目前，紅外増透膜在近紅外和中紅外波段應(yīng)用較為廣泛。一方面，近紅外光譜分析技術(shù)的興起，以及活體無探傷檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)使得近紅外備受關(guān)注；另一方面，隨著紅外成像、紅外探測(cè)、紅外遙感以及航天航空等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，中紅外的研究也有著重大意義。

1.1近紅外（0.78?2.5μm）波段增透膜

可見和近紅外光譜分析具有信息量大、測(cè)試種類 多、無損測(cè)試等優(yōu)點(diǎn)，因此鍍制可見與近紅外的増透膜在分析測(cè)試領(lǐng)域有著重要意義，賀才美等以多光譜ZnS（硫化鋅）為基底，以ZnS和YbF3（氟化鐿）為高低折射率材料所鍍制的増透膜在400?1000nm的平均透射率大于91%，實(shí)現(xiàn)了可見與近紅外的増透效果；楊道奇等分別以TiO2（二氧化鈦）、M1（主要成分是Pr:Al2O3）和SiO2（二氧化硅）為高、中、低折射率材料鍍制増透膜，并在620?1550nm的平均透射率達(dá)到97%；李帥等用TiO2和SiO2作為高低折射率材料，在K9玻璃上鍍制的増透膜在0.55?0.78μm和1.0?1.3μm波段的平均透過率達(dá)到了97.04%。

為提高近紅外光學(xué)系統(tǒng)性能，孫亞軍等分別以TiO2和SiO2為高低折射率材料，以氟化鈣（CaF2）為基底，所鍍制的紅外増透膜在0.9?1.7μm的平均透過率達(dá)到了99.42%，最大透過率更是高達(dá)99.98%。

1.2紅外（2.5?25μm）波段增透膜

目前，研究最多、應(yīng)用最廣的應(yīng)屬中紅外波段増透膜。早在20世紀(jì)80年代李夢(mèng)珂等根據(jù)當(dāng)時(shí)衛(wèi)星使用的紅外地平儀的需要在鍺（Ge）基底上鍍制氟化鋇（BaF2）/硒化鋅（ZnSe）雙層膜，并在14?16μm波段取得良好的増透效果。隨后又有學(xué)者通過在單晶 鍺上分別鍍制單層ZnS、碲化鎘（CdTe）和ZnSe實(shí)現(xiàn)了10.4?12.5μm波段的紅外増透效果，并對(duì)這3種單層紅外増透膜進(jìn)行了比較研究。在中紅外波段増透膜中，高透過率、寬光譜覆蓋范圍一直是研究的重點(diǎn)，其中寬帶紅外増透膜和雙波段紅外増透膜的應(yīng)用更是研究的熱點(diǎn)。

1.2.1寬帶紅外増透?膜

早在20世紀(jì)80年代，許步云就對(duì)8?14μm和2?14μm兩個(gè)波長范圍的寬帶増透膜進(jìn)行了研究。關(guān)于寬帶増透膜鍍制基底材料的選擇是十分關(guān)鍵的，例如周團(tuán)團(tuán)等采用離子束輔助沉積技術(shù)，在鉬酸鉛晶體表面鍍制了寬紅外増透膜，該研究在光纖通信領(lǐng)域的發(fā)展中有著重要意義。除此之外，目前在中紅外増透膜的研究中，以Ge、Si等高折射率材料作為基底的研究很多，比如1998年，黃偉等分別使用高、低折射率材料ZnSe和BaF2在Ge基片上鍍制的紅外寬帶増透膜在8?12μm波段的平均透過率達(dá)到97%；之后，李大琪等將寬帶増透膜的研究帶寬増加到了6.4?15μm，這一成果在航天航空遙感信息領(lǐng)域具有重要意義；閆蘭琴等在Ge基底上鍍制的以Ge、ZnS和YbF3為高、中、低折射率材料的紅外増透膜平均透過率大于98%，最大透過率更是高達(dá)99.2%（但是其透過帶寬7.5?11.5μm相對(duì)有所減小）。

事實(shí)上，寬帶紅外増透膜的研究不僅僅局限于高 折射率材料作為基底，以ZnS、ZnSe等低折射率材料為基底的寬帶増透膜也有不少報(bào)道。閆蘭琴等采用低折射率材料CVD硒化鋅作為基底，由ZnSe、ZnS、YbF3分別作為高、中、低折射率材料鍍制的紅外増透膜在7?14μm波段平均透過率也達(dá)到了97%，具有明顯的寬帶増透效果；后來潘永強(qiáng)等同樣以ZnSe為基底，并以ZnSe和YF3為高低折射率材料設(shè)計(jì)并鍍制了2?16μm的超寬帶紅外増透膜，但測(cè)試結(jié)果相對(duì)較低，其平均透過率僅有93%。

1.2.2雙波段紅外増透膜

除了寬帶紅外増透膜，關(guān)于雙波段的研究也有很多。其中，3?5μm和8?12μm是學(xué)者比較關(guān)注和應(yīng)用范圍較廣的波段。通過在紅外窗口或透鏡上鍍制3?5μm和8?12μm雙波段兼容的紅外増透膜，提高紅外信號(hào)的透過率和紅外光學(xué)系統(tǒng)的性能，在中紅外波段的研究領(lǐng)域中具有重要意義。潘永強(qiáng)等對(duì)Ge基底3?5μm和8?12μm雙波段紅外増透進(jìn)行了研究，鍍制紅外増透膜后，該雙波段范圍內(nèi)平均透過率達(dá)到94%；付秀華等將3?5μm和8?12μm雙波段紅外増透膜鍍制在ZnS導(dǎo)流罩上，即使在曲面基底上，此波段范圍內(nèi)的平均透過率依然在90%以上；張杏梅對(duì)3?5μm和8?12μm雙波段紅外光纖端面進(jìn)行了研制，通過在光纖斷面鍍制紅外増透膜，不僅在減少了反射損失，還起到了保護(hù)膜層的作用。除了3?5μm和8?12μm雙波段紅外増透膜，還有許多其它波段范圍的雙波段紅外増透膜，比如王彤彤所研制的ZnS窗口針對(duì)于高速飛行器的0.8?1.7μm和3.7?4.8μm的雙波段紅外増透膜就滿足了高速飛行器的窗口需求。

1.3紅外增透膜的拓展研究

紅外増透膜的研究絕不僅僅是局限于波段范圍的透過率的研究，隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)紅外増透膜的研究內(nèi)容也不斷増加。比如，將導(dǎo)電網(wǎng)膜應(yīng)用在紅外成像系統(tǒng)的窗口上，使其在紅外窗口上也具有防霜、防霧以及衰減電磁波的功能。因此，為提高紅外系統(tǒng)成像質(zhì)量，同時(shí)使其具備電磁波衰減性能，車英等對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了綜合研究（即在一定周期、一定線寬的網(wǎng)膜上加鍍紅外増透膜）。又比如鄢秋榮等設(shè)計(jì)的ZnSe基底3?12μm漸變折射率紅外増透膜，在設(shè)計(jì)波段平均透射率達(dá)到95%，且沿著膜層表面的法線方向折射率連續(xù)變化，而在垂直于法線的水平方向上折射率保持不變。甚至由于實(shí)際應(yīng)用的需要，人們己經(jīng)不僅僅滿足于單純某一波段的紅外増透，更是希望在改變?nèi)肷浣菚r(shí)依然能具有較好的増透效果。然而入射角度的變化勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生偏振影響。據(jù)此，Baumeister和Costich在早期就考慮過消偏振理論。但在實(shí)際光學(xué)薄膜實(shí)驗(yàn)中消偏振問題一直是一大難題，對(duì)于紅外増透薄膜更是如此。國內(nèi)紅外消偏振紅外増透膜的研究也一直在繼續(xù)，比如高曉丹在AI2O3基底上設(shè)計(jì)出的3?5μm波段紅外増透膜，在入射角0°?60°范圍內(nèi)變化時(shí)依然具有較好透射光譜特性，大大改善了因入射角變化而導(dǎo)致的偏振分離。總而言之，隨著紅外技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們對(duì)紅外増透膜的需求及要求亦越來越高，從而迫使對(duì)紅外増透膜的研究內(nèi)容也越來越豐富。

2紅外增透保護(hù)膜

隨著紅外技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益増多，尤其是軍用方面紅外技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，人們對(duì)紅外窗口材料的光學(xué)和物理化學(xué)性能提出了更高的要求（其中包括透過率和各種耐環(huán)境性能）。常見的紅外窗口材料機(jī)械性能普遍較差，難以承受光學(xué)器件使用環(huán)境中高速飛行的粒子以及水滴的沖擊，將會(huì)出現(xiàn)膜層的潮解吸濕甚至脫落，尋找既能起増透作用又能達(dá)到很好保護(hù)作用的紅外増透膜顯得十分必要，紅外増透膜保護(hù)膜的研究很好地解決了這一問題。

2.1常見保護(hù)膜

對(duì)于大多數(shù)紅外光學(xué)材料來說，其耐摩擦、耐腐蝕等性能都普遍較差，所以在實(shí)際應(yīng)用中為了對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，在其表面鍍制特定的紅外保護(hù)膜是一種簡單而又有效的手段。常用的紅外保護(hù)膜有金剛石薄膜、類金剛石（DLC）薄膜、碳化鍺（GexC1-x）薄膜和磷化物薄膜等。

金剛石保護(hù)膜：金剛石是自然界己知硬度最高的物質(zhì)，其綜合了也是唯一同時(shí)具備透光性、耐熱沖擊性性能的材料；而且金剛石對(duì)水和固體顆粒沖擊以及化學(xué)腐蝕均具有高度耐久性。除此之外，金剛石在紫外、可見、紅外波段均具有良好透過性，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小、熱沖擊性好、耐摩擦性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定、抗酸堿腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因而成為優(yōu)異的窗口和頭罩材料。但天然金剛石過于昂貴，不利于廣泛使用，CVD（Chemical Vapor Deposition，化學(xué)氣相沉積）金剛石是我們常用的一種人造金剛石，完全可以替代天然金剛石作為紅外元件的基底，同時(shí)也可用作紅外光學(xué)元件的保護(hù)膜和増透膜。

類金剛石薄膜（diamond-like carbon，DLC）：隨著對(duì)金剛石材料的深入研究和廣泛應(yīng)用，其工業(yè)需求亦越來越廣泛。但工業(yè)化制備金剛石的工藝條件比較難以實(shí)現(xiàn)，因此科學(xué)研究者期望找到其它可以替代金剛石的功能材料。1971年Aisenberg等首次采用離子束沉積方法制備了一種堅(jiān)硬的碳膜，其化學(xué)組成、硬度、光學(xué)透過率、折射率、抗腐蝕性以及抗摩擦性均與金剛石材料類似。因此，將這種材料稱之為類金剛石薄膜。類金剛石薄膜具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，具備耐腐燭、耐鹽霧、耐潮濕等性能，在對(duì)紅外光學(xué)元件的保護(hù)作用方面起著舉足輕重的作用。與金剛石相比，DLC具有制備方法簡單、制備溫度低、表面光 滑、折射率在一定范圍內(nèi)可調(diào)（1.6?2.9），易于實(shí)現(xiàn)對(duì)Si、Ge等材料紅外増透等優(yōu)點(diǎn)，從而成為紅外光學(xué)増透和保護(hù)膜的首選材料之一。張萬虎等在8?12μm范圍內(nèi)，在φ200mm的Ge基片上鍍制的光學(xué)器件，其峰值透過率為63.8%，平均透過率達(dá)62%。廖顯伯等在石英晶體上制備厚度為230nm的DLC膜，結(jié)果顯示在波長大于480nm的可見光區(qū)和近紅外區(qū)的透過率大于83%。

碳化鍺薄膜：與DLC膜相比，碳化鍺具備薄膜內(nèi)應(yīng)力小、吸收系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，而且其折射率也可根據(jù)成分的不同在1.7?4.0之間變化，從而使得多層膜系的設(shè)計(jì)更加容易實(shí)現(xiàn)。比如宋建全等利用GexC1-x均勻膜系實(shí)現(xiàn)了特定波段內(nèi)的高效増透保護(hù)，利用GexC1-x非均勻膜系實(shí)現(xiàn)了寬波段増透保護(hù)。

磷化物薄膜：磷化物涂層抗蝕性能強(qiáng)，目前常用的磷化物涂層有磷化硼（BP）和磷化鎵（GaP）。其 中，BP的硬度遠(yuǎn)高于GaP，但其増透效果有限；GaP吸收系數(shù)雖更低，但其保護(hù)性能比BP稍差。因而，在實(shí)際應(yīng)用中，常把BP和GaP作為復(fù)合膜系一起使用，最終得到兼具GaP膜系的増透效果和BP膜系的保護(hù)效果。

2.2其它保護(hù)膜

除上述常用紅外増透保護(hù)膜外，根據(jù)實(shí)際需要，還有許多其它材料也是重要的紅外増透保護(hù)膜。比如劉偉等在ZnS襯底上鍍制氮氧化鉿保護(hù)膜后薄膜硬度大大増強(qiáng)同時(shí)研究波段透過率并沒有顯著降低；氮化鋁（AlN）可用作高溫環(huán)境下的紅外増透保護(hù)膜，閆鋒等在CVD金剛石上鍍制AlN/Ge膜系，高溫下該保護(hù)膜對(duì)金剛石依然有很好的保護(hù)作用且并未顯著影響其増透效果；另外，為提高金剛石膜的紅外透過率和高溫抗氧化性能，郭會(huì)斌等在光學(xué)級(jí)金剛石自制成膜表面制備了氧化釔（Y2O3）薄膜，在高達(dá)950°C的溫度下暴露30s后該薄膜表面并未造成明顯損傷，且仍能保持良好増透效果。

3未來發(fā)展與展望

隨著光學(xué)器件的飛速發(fā)展，人們對(duì)紅外増透膜的需求將會(huì)越來越大，要求也會(huì)越來越高，對(duì)紅外増透膜的不斷研究與改進(jìn)亟待進(jìn)一步開展。

從薄膜材料著手，一方面是新材料的開發(fā)與應(yīng)用；另一方面是對(duì)現(xiàn)有材料的充分利用，比如美國NSF先進(jìn)材料與智能結(jié)構(gòu)中心的Wei等在KrF脈沖激光沉積DLC膜時(shí)摻入原子百分比低于5%的硅，發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)應(yīng)力降低，而且耐磨性顯著提高。

先進(jìn)的儀器設(shè)備是制備高性能紅外増透薄膜的前提與基礎(chǔ)，電子束蒸發(fā)相比與電阻蒸發(fā)擁有更高的能量；離子束輔助沉積技術(shù)（簡稱IBAD）的出現(xiàn)，使得所制備的薄膜更加致密、均勻，且薄膜的附著力大大提高；離子束派射設(shè)備的應(yīng)用，使得薄膜的致密性再次提高，而且可以制備出更加精密的薄膜。總之，不斷更新更加先進(jìn)精密的儀器設(shè)備也是提高薄膜質(zhì)量的重要手段。

研究方法的創(chuàng)新更是重中之重，紅外増透設(shè)計(jì)不應(yīng)僅僅局限于光學(xué)薄膜的制備，鄭華等設(shè)計(jì)的類光子晶體納米柱陣列減反結(jié)構(gòu)相對(duì)于減反膜在工作波段擁有更好的減反效果。趙耐麗也通過設(shè)計(jì)納米凸起結(jié)構(gòu)、納米孔洞結(jié)構(gòu)及納米光柵結(jié)構(gòu)3類5種仿生増透納米光柵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了近紅外及中紅外波段的増透效果。