[发明专利]一种镀膜厚度光学控制装置和方法

说明书

本发明涉及一种镀膜厚度光学控制装置和方法，所述的装置包括一个及以上不同波长的激光器、用于不同波长激光分束和合束的分光光学元件、散射板、驱动电机、透镜、多模光纤、光功率计、光控测试片、以及镀膜夹具。激光经过受驱动电机驱动而旋转的散射板转化为准相干光，准相干光经透镜聚焦进入多模光纤，传输至镀膜机，并经透镜准直后入射至光控测试片，透射光经透镜聚焦后进入第二多模光纤，在光纤出口经准直和分光，利用光功率计分别测量不同波长的出射光的功率，监控光控测试片上不同波长光的透射率，实现镀膜厚度的控制。薄膜厚度光学控制装置具有结构简单，安装方便，监控光源线宽窄的特征，可实现高精度光学薄膜镀膜过程的厚度控制。

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种薄膜厚度光学控制装置和方法。

背景技术

光学干涉滤光片是一种通过多层薄膜的干涉实现对不同波长光的选择性调制的光学元件，其性能和构成滤光片的多层膜的厚度控制精度密切相关，因此高精度控制光学薄膜的厚度是镀制光学干涉滤光片的核心技术。目前常用的控制薄膜厚度的方法包括石英监控器方法、时间控制方法以及光学控制方法等。石英监控器利用石英晶体的振荡频率随沉积在石英晶体上的薄膜厚度的变化关系来确定沉积薄膜的厚度，由于石英监控器的位置通常和滤光片的位置不同，因此实际镀膜厚度和监控厚度有较大的差异，不适合镀制精密滤光片；时间控制方法主要应用于镀膜速度比较稳定的镀膜过程如离子束溅射镀膜中，但是长时间镀膜过程中，由于离子源和靶材等的持续使用，镀膜速率会逐渐发生变化，导致膜厚控制误差。薄膜厚度光学控制方法利用光学信号直接测量滤光片表面的膜厚，可以直接控制滤光片的性能，并进行实时的膜厚补偿，适合镀制各种光学干涉滤光片。

目前，薄膜厚度光学控制装置通常采用灯光源实现，灯光源经过光栅和狭缝，制备成准单色光，通过调整狭缝位置，光波长可以灵活变化。但是基于灯光源的薄膜厚度光学控制装置也存在一系列的缺点。首先，由于灯光源经过单色化后强度很小，因此带来较大的噪声，导致镀膜终止条件的误判；其次，由于系统中广泛应用了光栅、单色狭缝等结构，系统非常复杂，造价高且稳定性要求非常苛刻；此外，单色化的准单色光的波长线宽通常在1nm以上，在一些要求较高的滤光片镀膜中，较宽的线宽也会带来监控误差。

发明内容

本发明提出了一种基于激光光源的薄膜厚度控制装置和控制方法，利用激光光源强度大、线宽窄的特征，提高镀膜厚度光学控制装置的稳定性和可靠性；镀膜过程中，通过实时模拟监控光在光控测试片上的透过率随镀膜厚度变化曲线，准确确定透射率极值数目，实时计算膜层镀制终止时的透射率，作为控制膜层终止的参数，提高了膜厚控制的稳定性和可靠性。

本发明的技术方案为：一种镀膜厚度光学控制装置，包括一个及以上不同波长的激光器、用于不同波长激光分束和合束的分光元件、散射板、驱动电机、第一多模光纤、第二多模光纤、光功率计、光控测试片、以及镀膜夹具，所述镀膜夹具带有透光通孔以及用于夹持光控测试片的孔；

所述激光器发射的激光经第一组分光元件合束，合束后的激光照射到由驱动电机驱动而转动的散射板上，形成准相干光，通过第一透镜聚焦准相干光到第一多模光纤入口，第一多模光纤将准相干光传输至镀膜机，经第二透镜准直之后，入射到位于镀膜机内部的光控测试片上，经光控测试片的透射光再经第三透镜聚焦进入第二多模光纤，在第二多模光纤出口经第四透镜准直、第二组分光元件分光后进入不同的光功率计。

在进一步优化的方案中，所述的一种镀膜厚度光学控制装置，还包括透镜组，设置于所述激光器和第一组分光元件之间，激光器发射的激光经所述一个或多个透镜组调整光束特征后再经第一组分光元件合束。本方案中，通过设置透镜组调整激光的光束特征，使得激光光斑大小、光斑发散角适合传输，更有利于提高镀膜厚度控制的精确性。

进一步的，所述的一种镀膜厚度光学控制装置，还包括一个或多个平面反射元件，用于调整光路传播方向。本方案中，通过设置平面反射元件改变光路传播方向，可以使得各个部件的布置位置得到优化，继而降低装置的整体体积尺寸。