[发明专利]具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法。

背景技术

作为特殊形态材料的光学薄膜，今天已广泛地渗透到各个新兴的科技领域，特别是近年来引人注目的薄膜光子晶体、纳米或亚波长尺度的多维结构、传感功能薄膜和高密度体记录薄膜等等，其各种特异性能的开发应用无一不与薄膜的特性相关。这就是因为光学薄膜具有良好的空间周期结构，容易依据薄膜光学理论对薄膜的结构、组份和性能进行复杂的人工剪裁和设计，从而实现其它技术所无法达到的优异性能。

多层光学薄膜通常是由高、低折射率的两种材料在真空室中交替镀制而成的，但由于多层膜在制造过程中电子束或热阻蒸发源与基板的几何配置、蒸发材料的蒸汽发射特性、基板温度分布、夹具设计缺陷及使用变形等诸多因素都会导致高、低折射率两种薄膜的厚度偏离设定值，从而产生中央厚度监控片上的特性虽与理论设计接近，但远离监控片的镜片特性会明显恶化，这不仅使制造成品率大大降低，而且造成大量昂贵的基板报废。由于影响膜层厚度的因素太多、太复杂，特性变化非常离奇，所以无法直接从特性判断造成光学特性恶化的原因，这是迄今尚未解决的制造技术中的一个难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法。

本发明的构思是：不管影响多层光学薄膜的膜厚的因素多么复杂，出现这种问题的原因最终都可归结为高、低折射率两种材料的膜厚偏离及膜厚比破坏。本发明提供一种简单的对具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度进行校准的方法---用七层半波薄膜可以获得膜厚偏离量及膜厚比破坏的全部信息，然后通过中心波长调节和档板修正进行校准。具体如下：

以实际待校准的多层光学薄膜所用的高、低折射率两种薄膜材料作为原料，用电子束蒸发源或热阻蒸发源分别依次镀上七层高、低折射率交替的半波层薄膜：2H 2L 2H 2L 2H 2L 2H，其中H和L分别表示高、低折射率膜的1/4波长的厚度。以该七层薄膜作为试验样品，然后用分光光度计测量七层薄膜镀膜后试验样品的透射率曲线。由于七层薄膜的所有膜层均为半波虚设层(在中心波长相当于没有镀膜)，其透射率曲线的极大值与未镀膜时的样品透射率曲线重合，据此可以判定膜厚偏离量。而根据试验样品的实测中心波长(透射极大值)两边的两个透射率极小值的大小，可以判定是哪一种膜层偏厚或偏薄，并得到高、低折射率两种薄膜的厚度比。最后根据试验样品测量的膜厚偏离量修正待校准的多层光学薄膜的中心波长；和/或根据试验样品测量的厚度比制作两个修正挡板，分别置于高、低折射率蒸发源上方，以修正待校准的多层光学薄膜高、低折射率膜层的厚度。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案具体如下：该具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法主要包括以下步骤：

(1)以待校准的多层光学薄膜所用的高、低两种折射率材料作为原料，在基板上镀上高、低折射率交替的七层半波层膜系作为试验样品，所述七层半波层膜系具有“2H 2L 2H 2L 2H 2L 2H”的结构，其中，H表示高折射率膜的1/4波长的厚度，L表示低折射率膜的1/4波长的厚度；

(2)用分光光度计测试得到试验样品的透射率曲线，根据该透射率曲线得到试验样品的实测中心波长以及实测中心波长的短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值，所述短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值与试验样品的实测中心波长相邻；

(3)根据所述试验样品的实测中心波长与试验样品的设定中心波长的差值得到试验样品的中心波长偏离量，将所述试验样品的中心波长偏离量除以4得到试验样品的膜厚偏离量；

(4)根据所述试验样品的实测中心波长的短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值得到试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比；

(5)按以下方法校准所述待校准的多层光学薄膜的厚度：

1)如果所述试验样品的膜厚偏离量大于零，则将待校准的多层光学薄膜的中心波长相应调小；如果所述试验样品的膜厚偏离量小于零，则将待校准的多层光学薄膜的中心波长相应调大；所述待校准的多层光学薄膜的中心波长在调节后和调节前的差值为所述试验样品的膜厚偏离量的4倍；