光学薄膜在线宽光谱膜厚控制仪

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  本文介绍了一种高性能的实时宽光谱膜厚控制仪的设计与制作,详细介绍了该系统的工作方式及设计思想。实验表明该系统可以用于光学薄膜在线实时监控和光学薄膜光谱特性检测,并可能基于该系统开发薄膜自动控制系统。

  1引言

  自20世纪70年代以来,西方主要工业国家的制造业取得了长足的发展,相比较而言,我国的发展严重滞后。以光学薄膜行业为例,目前国外的先进镀膜设备普遍实现了基于单点高精度监控或者宽光谱监控的自动控制。而国产设备基本上还停留在老式的极值法监控阶段,设备操作基本上全部由人来完成。

  随着光学薄膜复杂性和精度要求的不断提高,过去的控制方法已经无法满足要求。为了提高国产设备的整体性能,我们开发了一套高精度的宽光谱在线监控系统。该系统采用高灵敏度的CCD传感器,结合电子、计算机技术,使得监测精度大大提高。同时使用软件实时修正和辅助判停,实现初步的智能化控制,使镀膜过程的控制大大简化,成品率提高。

  2系统原理

  光学薄膜大致可以分为增透膜、高反膜、分光膜、截止滤光片、带通滤光片以及其它一些特殊要求的膜系。除了窄带滤光片以外,大部分的薄膜属于宽带产品。

  由于薄膜的镀制是一个复杂的过程,薄膜材料的折射率和色散往往和理论值有一定的出入,传统的极值法监控只监控一个波长点的光度值,对其它波长无法兼顾,而宽带监控则监控很大的一个波长范围内的光度值,得到的信息量远远高于单点监控方法。而且在整个光谱范围内可以实现宽谱补偿。另外,极值法监控要求膜系大部分膜层为规整膜层,即膜层的光学厚度为1/4监控波长的整数倍。而且前复杂的非规整膜系越来越多,极值法无法监控这种膜系。而宽光谱监控可以方便地监控非规整膜系。膜系镀制过程中,光谱曲线不断变化,宽光谱监控整个曲线,单点监控相当于取其一个截面。如图1所示。

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