CN101551295B - 一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法，涉及一种窄带滤光片的检测分析方法，我们将窄带滤光片进行透射谱的检测，对于每个窄带滤光片的中心波长λ及其对应的透射率T和光谱的半峰宽δλ从相应光谱图上准确读取，计算比值(δλ-δλ0)/(λT)，比较这个比值，比值越大谐振腔的均匀性越差，本发明的有益效果是：能有效的检测出窄带滤光片光学谐振腔的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及窄带滤光片的一种检测分析方法，特别涉及一种检测生长好的窄带滤光片谐振腔厚度均匀性的方法。
背景技术
窄带滤光片是滤光片产品中十分重要的高端产品，然而由于窄带滤光片的基本原理决定所透射的中心波长在其光学谐振腔中将形成光波振幅很大的准驻波特性，为此谐振腔的吸收系数和几何厚度都对最终窄带滤光片的滤光特性有着决定性的作用，窄带滤光片的工艺改进重点是在谐振腔的吸收系数减小和几何厚度均匀性的改进上。但是吸收系数高和几何厚度的不均匀形成的一个对窄带滤光片特性衰退的共同特征是他们的透光中心波长处透射率明显下降。目前没有一种有效的方法来分离这二种因素到底那个占主导地位，为此给工艺优化带来的盲目性，增加了产品工艺优化的成本。特别是当窄带滤光片的带宽很窄时，这样的问题尤为突出。为此一种能够明确表达出窄带滤光片中谐振腔厚度均匀性的检测方法是对于指导工艺优化有很强实用价值的。虽然人们可以用台阶仪甚至原子力显微镜来测量谐振腔的均匀性，但这样的方法往往只能测量小范围区域，或者大范围上的某些点，并且只能是滤光片镀膜仅仅完成到谐振腔层，还没有完成全部滤光片所需的膜系条件下进行测量，为此仅仅是间接地反映谐振腔层厚度均匀性特性。本发明专利是对于窄带滤光片完成后样品给出的一种利用半峰宽宽度和中心波长透射率数据测量整体光学谐振腔厚度均匀性的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为克服传统技术中检测窄带滤光片中的谐振腔厚度均匀度困难等问题，本发明提供一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法。
由于当窄带滤光片的谐振腔层厚度不均匀时，不同厚度区域的可以通过的窄带滤光光谱中心波长就会漂移，谐振腔厚度中有一部分是按设计要求为正好中心波长是λ的共振通过，也会有其他部分可能是λ-δ的波长或λ+δ的波长共振通过，这样不同的中心波长对应的窄带滤光片光谱叠加在一起就使得整个滤光片的光谱变宽了，即δλ变大了δλ-δλ0这么多，与此同时中心波长的透射率T也随之而降低。所以(δλ-δλ0)/(T)的比值就是直接与谐振腔的均匀性关联，且是该比值越大，均匀性越差。同时我们考虑到对于不同中心波长的普适性需求，一般用相对变化量可以满足这样的普适性，为此我们用(δλ-δλ0)/λ代替(δλ-δλ0)，所以我们可以用(δλ-δλ0)/(λT)值来表达谐振腔均匀性的好坏，(δλ-δλ0)/(λT)值越大，谐振腔厚度不均匀性越严重。
一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法，其特征在于：
(1)将选出的滤光片放入光谱仪中，将入射光射向滤光片；
(2)测量滤光片的透射光谱，旋转窄带滤光片窄带透射光谱部分；
(3)读取窄带透射光谱的中心波长λ及其对应的透射率T和光谱的半峰宽δλ；
(4)从窄带滤光片设计膜系所计算得到的理论透射光谱中读取半峰宽δλ0，计算比值(δλ-δλ0)/(λT)；
(5)比较不同窄带滤光片之间的(δλ-δλ0)/(λT)值大小。
上述一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法，其特征在于：入射光需要尽可能接近平行光，光线的汇聚角不能大于10度。
上述一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法，其特征在于：入射光的光路所在光轴应该与滤光片的表面相垂直，偏离误差不能大于5度。
本发明的有益效果为：
所测量的是窄带滤光片整体光学谐振腔厚度均匀性，没有遗漏如何谐振腔区域，不同于常规的台阶仪或原子力显微镜测量仅仅给出某些代表性区域；
所测量的是窄带滤光片的全部膜系都已经制备完成的最终滤光片产品，为此包含了全部滤光片工艺条件完成后的谐振腔厚度均匀性特征，这是改善工艺条件所需要的最直接信息，不同于常规的台阶仪或原子力显微镜测量仅仅给出刚刚生长完谐振腔还没有完成全部膜系时的结果，克服了这样的测量无法把后续膜系对谐振腔等效厚度影响计及的困难；
整个检测过程只需要对镀膜完成的窄带滤光片进行常规透射谱的测量，这样的手段在镀膜实验室或公司都是必备的，然后直接读出透过率，半峰宽和中心波长段即可，所以检测十分简单，不需要额外的仪器进行辅助；
由于没有特别的制样要求，为此获取谐振腔不均匀性的速度快，能够与工艺改进同步地实现谐振腔不均匀性的分析，有利于对工艺条件改进的指导作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：
图1是本发明的方法中需要采集的窄带滤光片透射光谱实验数据和基于设计的膜系理论上应该获得的透射光谱。
图2是窄带滤光片谐振腔层厚度不均匀时的状态示意图。
图3是实施例中32个滤光片实验测量得到的透射光谱数据。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
图1为本发明的方法中需要采集的窄带滤光片透射光谱实验数据和基于设计的膜系理论上应该获得的透射光谱，其中虚线表示的是需要采集的窄带滤光片透射光谱，实线表示的是基于设计的膜系理论上应该获得的透射光谱。
当窄带滤光片的谐振腔层厚度不均匀时，如图2所示，为此不同厚度区域的可以通过的窄带滤光光谱中心波长就会漂移，如图所示，谐振腔厚度中有一部分是按设计要求为正好中心波长是λ的共振通过，也会有其他部分可能是λ-δ的波长或λ+δ的波长共振通过，这样不同的中心波长对应的窄带滤光片光谱叠加在一起就使得整个滤光片的光谱变宽了，即δλ变大了δλ-δλ0这么多，与此同时中心波长的透射率T也随之而降低。所以(δλ-δλ0)/(T)的比值就是直接与谐振腔的均匀性关联，且是该比值越大，均匀性越差。同时我们考虑到对于不同中心波长的普适性需求，一般用相对变化量可以满足这样的普适性，为此我们用(δλ-δλ0)/λ代替(δλ-δλ0)，所以我们可以用(δλ-δλ0)/(λT)值来表达谐振腔均匀性的好坏。
首先我们要将制备好的32个窄带滤光片进行透射谱的检测。对于每个窄带滤光片的中心波长λ及其对应的透射率T和光谱的半峰宽δλ从相应光谱图上准确读取，计算比值(δλ-δλ0)/(λT)，比较这个比值，比值越大谐振腔的均匀性越差。
具体实施步骤如下：
通过光学镀膜完成的窄带滤光片中选出代表典型镀膜工艺条件的滤光片32片，他们的谐振腔厚度有所不同，但谐振腔以外的膜系是全部相同的，为此他们代表了不同中心透射波长的窄带滤光片，对于这些滤光片进行谐振腔厚度均匀性检测；
1.将选出的滤光片放入光谱仪中，将入射光射向滤光片，入射到滤光片的光需要尽可能接近平行光，通过长焦距透镜汇聚光源的光线到样品上，汇聚角约8度，这是因为从薄膜光学的基本原理决定光线汇聚角在10度以内时，其透射光谱是很接近的，然而当入射光线偏离出20度以后，其光谱峰位会明显移动，与10度内的光线对于光谱混合在一起就等效地将光谱加宽了，而光谱的线宽正是本发明中需要重点考察的内容，为此测量方法本身带来的光谱线宽增大效应不能发生，为了最干净地去除测量方法带来的光谱线宽加宽效应，我们需要把光线的汇聚角限定在10度内；保持了入射光的光路所在光轴与滤光片的表面相垂直，入射角在90°±5°，为了达到上述的把光线的汇聚角限定在10度内目的，在测量光路上就自然要求光路所在光轴应该与滤光片的表面相垂直。绝对的垂直在实验上是无法实现的，为此限定其偏离误差不能大于5度，因为一旦大于5度，就直接导致有相对一部分的光线其汇聚角大于10度了，不能保障所有光线的汇聚角限定在10度内要求了；
2.在上述的测量条件下，测量32片滤光片的透射光谱，旋转窄带滤光片窄带透射光谱部分，获得了如图3实线所示的窄带滤光片透射光谱；
3.读取透射光谱的中心波长λ及其对应的透射率T和光谱的半峰宽δλ值，如表一所列；
4.从窄带滤光片设计膜系所计算得到的理论透射光谱中读取半峰宽δλ0计算比值η＝(δλ-δλ0)/(λT)；
5.比较不同窄带滤光片之间的η值，该值越大，所对应的滤光片谐振腔的不均匀性就越大，在表一中可以看到不同的滤光片有着各自不同大小的η值，表示了他们的谐振腔均匀性的相对好坏程度。其中均匀性最好的η值为1.2，均匀性最差的滤光片η值为5.6。
表一：实施例中32个窄带滤光片测量的光谱参数和判断值η
| 序号 | λ(nm) | T(％) | δλ(nm) | δλ0(nm) | η(10-3) |
| 1 | 774.7 | 28.9 | 1.08 | 0.5 | 2.6 |
| 2 | 796.1 | 25.0 | 1.10 | 0.5 | 3.0 |
| 3 | 775.8 | 29.8 | 0.98 | 0.5 | 2.1 |
| 4 | 797.1 | 24.0 | 1.07 | 0.5 | 3.0 |
| 5 | 776.7 | 31.4 | 1.04 | 0.5 | 2.2 |
| 6 | 797.7 | 21.2 | 1.44 | 0.5 | 5.6 |
| 7 | 778.0 | 31.4 | 0.96 | 0.5 | 1.9 |
| 8 | 799.0 | 31.0 | 0.85 | 0.5 | 1.4 |
| 9 | 779.2 | 31.9 | 1.00 | 0.5 | 2.0 |
| 10 | 800.2 | 29.4 | 1.05 | 0.5 | 2.3 |
| 11 | 780.6 | 29.3 | 0.97 | 0.5 | 2.1 |
| 12 | 801.4 | 29.9 | 0.94 | 0.5 | 1.8 |
| 13 | 781.6 | 30.0 | 1.02 | 0.5 | 2.2 |
| 14 | 802.6 | 29.9 | 1.03 | 0.5 | 2.2 |
| 15 | 783.2 | 24.3 | 1.12 | 0.5 | 3.3 |
| 16 | 804.3 | 28.3 | 1.05 | 0.5 | 2.4 |
| 17 | 784.9 | 28.9 | 0.93 | 0.5 | 1.9 |
| 18 | 805.7 | 29.9 | 1.00 | 0.5 | 2.1 |
| 19 | 785.9 | 30.1 | 0.91 | 0.5 | 1.7 |
| 20 | 806.9 | 31.6 | 1.05 | 0.5 | 2.1 |
| 21 | 786.9 | 28.2 | 0.82 | 0.5 | 1.4 |
| 22 | 808.3 | 30.5 | 1.02 | 0.5 | 2.1 |
| 23 | 788.5 | 30.5 | 0.94 | 0.5 | 1.8 |
| 24 | 809.7 | 31.2 | 0.96 | 0.5 | 1.8 |
| 25 | 789.7 | 28.2 | 1.00 | 0.5 | 2.2 |
| 26 | 810.8 | 28.9 | 0.95 | 0.5 | 1.9 |
| 27 | 791.0 | 31.4 | 0.90 | 0.5 | 2.0 |
| 28 | 812.0 | 29.8 | 1.25 | 0.5 | 3.1 |
| 29 | 792.3 | 29.5 | 1.00 | 0.5 | 2.1 |
| 30 | 813.2 | 32.4 | 1.12 | 0.5 | 2.4 |
| 31 | 794.3 | 31.0 | 0.79 | 0.5 | 1.2 |
| 32 | 814.2 | 30.1 | 1.05 | 0.5 | 2.3 |
通过这样的测量就很容易通过η值的大小判断窄带滤光片中谐振腔层，为此可以根据这些窄带滤光片的工艺条件进一步摸索改进谐振腔层厚度均匀性的工艺途径了。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种窄带滤光片光学谐振腔均匀度的检测方法，其特征在于：
(1)将选出的滤光片放入光谱仪中，将入射光射向滤光片；
(2)测量滤光片的透射光谱，旋转窄带滤光片窄带透射光谱部分；
(3)读取窄带透射光谱的中心波长λ及其对应的透射率T和光谱的半峰宽δλ；
(4)从窄带滤光片设计膜系所计算得到的理论透射光谱中读取半峰宽δλ0，计算比值η＝(δλ-δλ0)/(λT)；
(5)比较不同窄带滤光片之间的η＝(δλ-δλ0)/(λT)值大小，比较不同窄带滤光片之间的η值，该值越大，所对应的滤光片谐振腔的不均匀性就越大，入射光需要尽可能接近平行光，光线的汇聚角不能大于10度，入射光的光路所在光轴应该与滤光片的表面相垂直，偏离误差不能大于5度。
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