專利名稱：關(guān)于紅外截止濾光片光學(xué)介質(zhì)膜厚度的監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外光學(xué)元件，具體涉及紅外截止濾光片的光學(xué)介質(zhì)膜厚度的監(jiān)控方法。
在紅外截止濾光片的制備過(guò)程中，要制備出合格的光學(xué)介質(zhì)膜器件，必須進(jìn)行光學(xué)介質(zhì)膜參數(shù)的監(jiān)控，而監(jiān)控方法會(huì)影響光學(xué)介質(zhì)膜器件的性能及成品率。從已公開(kāi)的多種監(jiān)控方法中，較普遍的是極值法，即在蒸鍍每層介質(zhì)膜時(shí)，當(dāng)介質(zhì)膜厚度達(dá)λ0/4(λ0為監(jiān)控波長(zhǎng))的整數(shù)倍時(shí)，在λ0波長(zhǎng)處的透過(guò)率或反射率會(huì)達(dá)到一個(gè)極大值或極小值。這種利用光電系統(tǒng)輸出信號(hào)出現(xiàn)極值點(diǎn)這一性質(zhì)來(lái)監(jiān)控四分之一波長(zhǎng)整數(shù)倍光學(xué)介質(zhì)膜厚度的方法稱之為“極值法”。極值法監(jiān)控介質(zhì)膜厚度具有簡(jiǎn)單、易行的優(yōu)點(diǎn)，膜層與膜層間有良好的補(bǔ)償。但極值法的明顯缺點(diǎn)是監(jiān)控精度欠佳。極值法測(cè)量和控制的量是監(jiān)控信號(hào)對(duì)于膜厚的變化，即∂Ri∂(nidi)]]>，Ri為反射率，nidi為膜層的光學(xué)厚度，在極值處∂Ri∂(nidi)=0]]>，而在極值附近其變化率很緩慢，這就給極值點(diǎn)判斷準(zhǔn)確性帶來(lái)困難，從而限制了極值法的精度。
為了提高極值法的精度，往往采用高級(jí)次監(jiān)控，若一級(jí)次極值法反射率的判斷誤差引入的位相厚度誤差為φ，而采用高級(jí)次(n級(jí)次)監(jiān)控時(shí)，引入的位相厚度誤差僅為φ/n了。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，n一般為偶數(shù)，即采用偶級(jí)次監(jiān)控法，這是因?yàn)殚L(zhǎng)波通或短波通濾光片的基本膜系結(jié)構(gòu)是(L2HL2)m]]>或(H2LH2)m]]>，采用偶級(jí)次監(jiān)控，可以解決鍍制L/2或H/2膜層的麻煩。見(jiàn)參考文獻(xiàn)“薄膜光學(xué)與技術(shù)”著者唐晉發(fā)，顧培夫，1999版；“光學(xué)薄膜論文集”華北光電技術(shù)研究所編，1983年9月出版。
由于紅外截止濾光片介質(zhì)膜層常選用的高折射率材料，例如碲化鉛(PbTe)，它具有較長(zhǎng)的本征吸收限，為3.6μm，采用偶級(jí)次監(jiān)控，若監(jiān)控波長(zhǎng)選在本征吸收波段內(nèi)，會(huì)造成監(jiān)控信號(hào)衰減甚至反向變化，這無(wú)疑降低了膜層監(jiān)控精度并增加了膜層的鍍制誤差，所以濾光片往往難以獲得接近理論設(shè)計(jì)的光譜特性。
本發(fā)明的目的是提出一種能使紅外截止濾光片的性能及成品率得到較大提高的光學(xué)介質(zhì)薄膜厚度的監(jiān)控方法。
本發(fā)明的紅外截止濾光片的制備系統(tǒng)包括真空鍍膜室和紅外光電膜厚監(jiān)控系統(tǒng)。紅外光電膜厚監(jiān)控系統(tǒng)包括光源1，沿著光源1前進(jìn)的方向依次置有調(diào)制器2、入射窗口3、監(jiān)控片5、出射窗口6、分光儀7、紅外探測(cè)器8、鎖相放大器9、顯示記錄儀10，見(jiàn)圖1。具體步驟是將監(jiān)控片5和準(zhǔn)備鍍制的濾光片樣品4一起放入真空鍍膜室11中，同時(shí)進(jìn)行鍍膜，鍍制的膜堆(L2HL2)m]]>或(H2LH2)m]]>由基本膜層為HLHL......H高反堆構(gòu)成，H為高折射率膜料，L為低折射率膜料。在鍍膜的過(guò)程中，將光源1經(jīng)調(diào)制器2調(diào)制后通過(guò)真空鍍膜室的入射窗口3入射到監(jiān)控片5上，經(jīng)監(jiān)控片反射的光通過(guò)真空鍍膜室的出射窗口6進(jìn)入分光儀7，經(jīng)分光儀分光從中獲取一束單色光作為監(jiān)控光，由紅外探測(cè)器8接收，鎖相放大器9放大，顯示記錄儀10顯示記錄。利用顯示記錄儀觀察監(jiān)控片隨著蒸鍍膜層厚度的變化，所產(chǎn)生的反射極值級(jí)次的變化，來(lái)進(jìn)行介質(zhì)膜層的厚度控制。所說(shuō)的監(jiān)控片為單面磨毛的硅片。所說(shuō)的光源為硅碳棒或鎢鹵素?zé)簟Ｋf(shuō)的高折射率膜料為碲化鉛或鍺，低折射率膜料為硒化鋅或硫化鋅。所說(shuō)的監(jiān)控光的監(jiān)控波長(zhǎng)為λ0/n,λ0為濾光片的中心波長(zhǎng)，n為高奇級(jí)次數(shù)，如3、5…，若n取3為3級(jí)次或n取5為5級(jí)次，也就是說(shuō)若濾光片的中心波長(zhǎng)為λ0,3級(jí)次的監(jiān)控波長(zhǎng)為λ0/3,5級(jí)次監(jiān)控波長(zhǎng)則為λ0/5。在蒸發(fā)每層介質(zhì)膜時(shí)，當(dāng)顯示記錄系統(tǒng)出現(xiàn)高奇次極值如第3個(gè)極值或第5個(gè)極值時(shí)結(jié)束蒸發(fā)，完成一層介質(zhì)膜λ0/4厚度的鍍制。整個(gè)膜系用一塊監(jiān)控片完成鍍制。
本發(fā)明的原理是隨著介質(zhì)膜層的增加其反射率會(huì)逐層增大，而監(jiān)控波長(zhǎng)選在高折射率材料吸收限波段內(nèi)，因其具有較大的吸收系數(shù)，膜層監(jiān)控信號(hào)會(huì)衰減。利用這兩者間的制約和補(bǔ)償，見(jiàn)圖3，可以順利采用高奇級(jí)次監(jiān)控，如n=3或5完成整個(gè)膜系的鍍制，膜層間可獲得良好補(bǔ)償，從而得到與理論設(shè)計(jì)接近的高性能紅外截止濾光片。
本發(fā)明的有益效果如下1 由于本發(fā)明采用高奇級(jí)次，如3級(jí)次或5級(jí)次監(jiān)控，整個(gè)膜系用一塊監(jiān)控片就可完成鍍制，膜層間可獲得良好的誤差補(bǔ)償。
2 由于本發(fā)明采用高奇級(jí)次，如3級(jí)次或5級(jí)次監(jiān)控，每層介質(zhì)膜的判斷精度將比一級(jí)次監(jiān)控提高3倍或5倍。
3 由于本發(fā)明監(jiān)控波長(zhǎng)選在較短吸收限波段處，監(jiān)控信號(hào)增大，使每層介質(zhì)膜厚度判斷準(zhǔn)確性得到了進(jìn)一步提高，從而提高了紅外截止濾光片的光譜性能及成品率。


如下圖1為濾光片介質(zhì)膜蒸發(fā)厚度監(jiān)控系統(tǒng)；圖2為濾光片介質(zhì)膜系理論計(jì)算光譜曲線；圖3為濾光片3級(jí)次反射監(jiān)控法監(jiān)控曲線；圖4為3級(jí)次監(jiān)控法制備的8μm前截止濾光片實(shí)測(cè)光譜曲線。
實(shí)施例本發(fā)明人提供8μm紅外前截止濾光片實(shí)施例，具體操作步驟同上。
1．監(jiān)控片為單面磨毛的Si片；2．濾光片樣品的襯底材料為鍺；3．濾光片樣品的中心波長(zhǎng)λ0為6μm，采用3級(jí)次監(jiān)控法，監(jiān)控波長(zhǎng)為λ0/3，即為2μm；4．濾光片樣品膜系結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)2HLHL......H2L]]>膜層，H為碲化鉛，L為硒化鋅；5．對(duì)于膜系設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的L/2膜層，采用遮蔽板技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍍制。制備好的樣品經(jīng)測(cè)試獲得如圖4所示的曲線，與圖1濾光片膜系理論設(shè)計(jì)光譜曲線基本接近。
權(quán)利要求
1．一種紅外截止濾光片光學(xué)介質(zhì)膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于具體步驟為將監(jiān)控片(5)和準(zhǔn)備鍍制的濾光片樣品(4)一起放入真空鍍膜室(11)中，同時(shí)進(jìn)行鍍膜；在鍍膜的過(guò)程中，將光源(1)經(jīng)調(diào)制器(2)調(diào)制后通過(guò)真空鍍膜室的入射窗口(3)入射到監(jiān)控片(5)上，經(jīng)監(jiān)控片反射的光通過(guò)真空鍍膜室的出射窗口(6)進(jìn)入分光儀(7)，經(jīng)分光儀分光從中獲取一束單色光作為監(jiān)控光，由紅外探測(cè)器(8)接收，鎖相放大器(9)放大，顯示記錄儀(10)顯示記錄；a．所說(shuō)的監(jiān)控片為單面磨毛的硅片；b．所說(shuō)的監(jiān)控光的監(jiān)控波長(zhǎng)為λ0/n，λ0為濾光片的中心波長(zhǎng)，n為高奇級(jí)次數(shù)，如3、5…c．所說(shuō)的濾光片樣品鍍制的膜堆 由基本膜層為HLHL......H高反堆構(gòu)成，H為高折射率膜料，L為低折射率膜料；d．在蒸發(fā)每層介質(zhì)膜時(shí)，當(dāng)顯示記錄儀顯示出高奇次極值如3或5或…時(shí)結(jié)束蒸發(fā)，完成一層介質(zhì)膜λ0/4厚度的鍍制，整個(gè)膜系用一塊監(jiān)控片完成鍍制。
2．根據(jù)權(quán)利要求1一種紅外截止濾光片光學(xué)介質(zhì)膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于所說(shuō)的高折射率膜料為碲化鉛或鍺，低折射率膜料為硒化鋅或硫化鋅。
3．根據(jù)權(quán)利要求1一種紅外截止濾光片光學(xué)介質(zhì)膜厚度的監(jiān)控方法，其特征在于所說(shuō)的光源為硅碳棒或鎢鹵素?zé)簟?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紅外截止濾光片光學(xué)介質(zhì)膜厚度的監(jiān)控方法,該方法是:將監(jiān)控片和樣品一起放入真空鍍膜室中,同時(shí)進(jìn)行鍍膜,在鍍膜的過(guò)程中,用一單色光作監(jiān)控光,由紅外探測(cè)器接收,利用顯示紀(jì)錄儀觀察監(jiān)控片反射級(jí)次的變化,進(jìn)行介質(zhì)膜層的厚度控制。其特征是監(jiān)控光的監(jiān)控波長(zhǎng)采用λ
文檔編號(hào)C23C14/54GK1302916SQ00135188
公開(kāi)日2001年7月11日 申請(qǐng)日期2000年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者朱玲心, 張麟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所