[发明专利]一种真空镀膜机行星转动夹具上球面光学元件镀膜均匀性修正挡板的设计方法

摘要

一种真空镀膜机行星转动夹具上球面光学元件镀膜均匀性修正挡板的设计方法，通过建立真空环境中的镀膜模型，研究行星转动夹具上平面或球面光学元件镀膜后薄膜厚度分布。通过将行星转动夹具中光学元件的镀膜过程等效成简单转动夹具中的镀膜过程，设计行星转动夹具中镀膜均匀性修正挡板的初始形状。利用计算机优化修正挡板弧长放大倍数直至薄膜厚度均匀性达到最优结果，获得球面光学元件薄膜厚度均匀性修正挡板的实际形状。本发明可以实现大口径、大口径/曲率半径比的球面光学元件薄膜厚度均匀性的控制，从而获得大口径、大口径/曲率半径比的球面光学元件多层膜光谱特征的均匀性。

主权项

1.一种真空镀膜机行星转动夹具上球面光学元件镀膜均匀性修正挡板的设计方法，其特征在于实现步骤如下：（1）通过对真空镀膜机中使用行星转动夹具镀膜的过程建立数学模型，获得球面光学元件薄膜厚度分布在物理气相沉积真空镀膜过程中，膜料通过热蒸发或者溅射形成蒸汽，蒸汽分子以直线方式传播，并沉积在光学元件表面，分子沉积速率为其中矢量表示膜料分子从蒸发源到沉积位置（dS面元）的矢量，为矢量的长度，θ为与光学元件表面法线之间的夹角，ψ为与源平面法线之间的夹角，n表征膜料蒸汽分布参数；沉积速率表达式和蒸发方式相关，θ、ψ随着行星转动夹具的运动变化；行星转动夹具平行于蒸发源平面转动时，对口径CA,曲率半径RoC的凸球面，θ=π-acos(|r→|2+RoC2-r′22|r→|×RoC),---(1a)]]>对于口径CA,曲率半径RoC的凹球面，θ=acos(|r→|2+RoC2-r′22|r→|×RoC)---(1b)]]>ψ=arcsin(ρ′/|r→|)---(2)]]>|r→|=ρ′2+h′2---(3)]]>其中是凸球面或凹球面所在球的中心位置与蒸发源之间的距离，h’和ρ’分别是蒸发源到面元dS的垂直和水平距离，ρ为行星转动夹具公转轨道半径，h为行星转动夹具公转平面与蒸发源平面的距离；通过计算不同时刻、不同位置的沉积速率并对时间积分，获得凸球面或凹球面光学元件薄膜厚度分布；（2）通过比较与行星转动夹具口径相近的大口径平面或者球面光学元件上薄膜厚度分布的理论模拟结果与实验结果，获得膜料蒸汽分布参数n；（3）通过将行星转动夹具中球面光学元件薄膜厚度分布等价到简单转动夹具上平面光学元件的薄膜厚度分布，确定行星转动夹具上球面光学元件镀膜所需修正挡板的初始形状；对平面圆盘，设T₀为从公转中心到光学元件中心的射线L上最小的薄膜厚度，T为L上距离公转中心R处平面光学元件上的薄膜厚度，则修正挡板初始形状由l=R×2π(T-T0)T---(4)]]>决定，其中l代表以公转中心为圆心，以R为半径的圆弧的弧长；对于球面光学元件，采用一个相同口径的平面圆盘近似，圆盘上的薄膜厚度分布和球面上薄膜厚度分布相同，然后按照公式（4）设计修正挡板初始形状，修正挡板为平板结构；（4）通过对使用修正挡板后的镀膜过程建立数学模型，获得使用挡板修正后球面光学元件的薄膜厚度分布；修正挡板平行于行星转动夹具安装在光学元件下，做连接镜面面元dS到蒸发源的直线，在光学元件行星转动过程中，如果直线和修正挡板相交，则此刻面元dS上的沉积速率为0，否则沉积速率与不使用修正挡板时相同；（5）利用计算机优化修正挡板弧长l的放大倍数κ，获得薄膜厚度均匀性接近100%时的修正挡板形状，则修正挡板形状