CN101555102B

CN101555102B - 一种窄带干涉滤光片的镀制工艺

Info

Publication number: CN101555102B
Application number: CN2009100506987A
Authority: CN
Inventors: 汤兆胜
Original assignee: SHANGHAI MEGA-9 OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI MEGA-9 OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-05-06
Also published as: CN101555102A

Abstract

本发明公开了一种窄带干涉滤光片的镀制工艺，包括在玻璃基片上镀膜步骤，镀膜包括非耦合层和耦合层，其特征在于，在镀膜时，采用光学膜厚监控法控制非耦合层的膜厚；采用晶体振荡法控制耦合层的膜厚。本发明中的窄带干涉滤光片的镀制工艺的优点在于结合了光控和晶控的各自优势。目前的国产镀膜机控制精度低，在镀膜过程中各参数，尤其是折射率，控制不稳定，使用本发明中的窄带干涉滤光片的镀制工艺，可减轻因镀膜机控制精度低的缺陷，提高镀制精度。利用此工艺解决了国产镀膜机镀制高难度的窄带滤光片的难题。此工艺控制过程简单，镀制窄带滤光片的成功率高。

Description

一种窄带干涉滤光片的镀制工艺

技术领域

本发明涉及一种窄带干涉滤光片的镀制工艺。

背景技术

窄带干涉滤光片的特点在于通带很窄，截止带的截止深度很深。它在生化检测、光学测距和安防监控等领域有着广泛的应用。

窄带滤光片的膜系结构特点：

窄带滤光片的结构采用F-P腔原理，两个反射板夹一个腔层组成一个F-P腔，窄带滤光片的膜系通常是多个F-P腔结构串联，其结构是：反射板|腔层|反射板|耦合层|反射板|腔层|反射板|耦合层|反射板|腔层|反射板|。有一个腔层的叫单腔滤光片，有多个腔层的叫多腔滤光片。在薄膜设计中，用高低折射率相互交替组合构成一个反射板，高折射率材料用H表示，低折射率用L表示，H和L的n个重复周期就用(HL)^n表示，腔层是由偶数个H或偶数个L组成，如2H，4H，2L，4L等，耦合层为一个L，当腔层采用低折射率材料时，反射板形式为(HL)^nH，当腔层采用高折射率材料时，反射板形式为(HL)^n。

常规的窄带膜系结构为：

(HL)^n H 2L (HL)^n H L (HL)^m H 2L (HL)^m H L (HL)^k H 2L (HL)^kH

(HL)^n 2H (LH)^n L (HL)^m 2H (LH)^m L (HL)^k 2H (LH)^k

n，m，k为不同反射板对应的重复周期，H代表高折射率材料，1H代表一个1/4波长的高折射率材料光学厚度，L代表低折射率材料，1L代表一个1/4波长的低折射率材料光学厚度。

根据不同的需要，腔层有时采用高折射率材料，有时采用低折射率材料，有时采用两者的混合。

在生化分析应用领域，对窄带滤光片的截止深度要求很高，比如截止区的透过率＜0.001％以下，半高宽要求很窄，比如要求10nm以下。为达到这种性能要求，窄带滤光片需要做成4腔或5腔以上的多腔滤光片。

窄带干涉滤光片一般都用极值法光控的手段来监控每一层膜的厚度，也就是随着膜厚的增加，穿过膜层的透过率在不断变化，而且每镀完一个1/4波长的光学厚度时，光强信号出现极值，利用此原理对每一种材料进行厚度监控。用光控法的优点是由于在控制极值过程中监控的是光学厚度，光学厚度是物理厚度和折射率的乘积，透过率极值点的到达与否与光学厚度相关，后镀制的膜层会对已镀制的膜层的光学厚度进行补偿，保证出现极值点的位置就是监控波长的位置，所以光学厚度监控对波长位置进行自动跟踪补偿，所以中心波长位置准确。另外一种常见的膜厚控制手段是晶振控制，用晶振控制的话，由于控制的是物理厚度，不是光学厚度，所以无法实现光学厚度补偿，因此用晶振控制膜厚的话很难把窄带滤光片的位置做准，而且由于晶振控制会带来随机误差，控制过程中又没有对光学厚度进行补偿，最后导致通带的峰值透过率无法提高。用极值光控法制作窄带滤光片的难点是如何精确控制各膜层的光学厚度，而且从窄带滤光片的结构中可以看出，它的对称性很好，如果一旦破坏这个对称性，通带的透过率就会急剧下降，达不到应用需要。如果控制仪器的控制精度很高，镀膜时的材料折射率又非常稳定，那么用极值光控法是可行的。但在实际制备过程中，真要做到高精度的光控很难，因为光控时是采用极值回头来控制的，只有知道信号回头才能确定停止位置，这说明极值法控制会引入误差，一般有3％左右的误差。另外采用极值法控制要求光信号的差值要足够大，以至于能够清楚地分辨。然而在镀制窄带干涉滤光片膜系时，耦合层的信号变化是非常小的，有的甚至不变化，或者由于前面膜层的控制误差导致耦合层的信号呈反方向变化，这些现象都将导致耦合层膜厚无法监控，从而导到整个窄带滤光片的镀制失败。以膜系(HL)^2 2H (LH)^2L (HL)^2H 2L(HL)^2H L(HL)^3 2H (LH)^3 L (HL)^2 H 2L(HL)^2 HL (HL)^2 2H (LH)^2为例，设H为TiO₂材料，L为SiO₂材料，其理想的光控信号如图1所示。

图1为窄带干涉滤光片的光控信号示意图(监控片上的透过率随着物理厚度增加而变化)，从图1中看出，耦合层第10层，第22层，第36层，第48层的监控信号非常小，在实际监控中，如无特殊措施，基本上无法控制。因此，仅使用光控法或晶振法都很难制造窄带滤光片。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种窄带干涉滤光片的镀制工艺。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

窄带干涉滤光片的镀制工艺，包括在玻璃基片上镀膜步骤，镀膜包括非耦合层和耦合层，其特征在于，在镀膜时，采用光学膜厚监控法控制非耦合层的膜厚；采用晶体振荡法控制耦合层的膜厚。

优选地是，耦合层采用A材料制成，所述的耦合层的厚度与离耦合层最近的非耦合层中A材料层的厚度相同。

优选地是，所述的离耦合层最近的非耦合层中A材料层的厚度采用晶体振荡法测定。

优选地是，所述的晶体振荡法，使用振动的晶体振荡器与玻璃基片同时镀膜，根据晶体振荡器的振动频率变化确定镀膜的厚度。

优选地是，所述的光学膜厚监控法，采用光学监控片与玻璃基片同时镀膜，根据光学监控片的光透率测定镀膜的厚度。

本发明中的窄带干涉滤光片的镀制工艺，采用光学膜厚控制法和晶体振荡法共同配合，克服晶体振荡法无法实现光学厚度动态补偿的缺点，采用光学膜厚控制法对滤光片进行光学厚度补偿，使得制造的窄带滤光片波长位置准确，透过率高。

本发明中的窄带干涉滤光片的镀制工艺的优点在于结合了光控和晶控的各自优势。目前的国产镀膜机控制精度低，在镀膜过程中各参数，尤其是折射率，控制不稳定，使用本发明中的窄带干涉滤光片的镀制工艺，可减轻因镀膜机控制精度低的缺陷，提高镀制精度，制造的窄带滤光片波长位置准确，透过率高。操作容易，使用现有的一般设备即可实施，降低了对设备高精度的依赖性。利用此工艺解决了国产镀膜机镀制高难度的窄带滤光片的难题。此工艺控制过程简单，镀制窄带滤光片的成功率高。对国产镀膜设备制造厂商提高设备性能具有方向性指导意义。

附图说明

图1为图1为窄带干涉滤光片的光控信号示意图；

图2为本发明使用的镀膜装置结构示意图；

图3为本发明工艺制造的窄带干涉滤光片的透射曲线。

具体实施方式

下面结合附图对发明进行详细的描述：

如图2所示的镀膜装置，在真空箱体1内，安装有镀膜伞2，镀膜伞可在真空箱体1内转动，镀膜伞上设置有夹具3，夹具3夹住玻璃基片(图中未示出)，镀膜伞上设置有光学监控片4和晶体振荡探头6，真空箱体1内底部设置有蒸发源7，蒸发源7用于蒸发镀膜材料，真空箱体1下方设置有反射镜9、单色仪10和信号放大处理器11。

镀膜时，蒸发源7将镀膜材料蒸发，镀膜材料8蒸发后镀到玻璃基片3上、光学监控片4和晶体振荡器6上。光源5的发射光透过光学监控片4后照射到反射镜9上，反射镜9将照射反射到单色仪10，经单色仪10滤光后，反射光成为单色后进入信号放大处理器11，信号放大处理器11根据反射光的强度确定光学监控片的透射率，并根据其透射率确定膜层光学厚度。在镀膜过程中，晶体振荡探头6与玻璃基片3同时镀膜，晶体振荡探头6一直处于振动状态，随着晶体振荡探头6上的膜层厚度的增加，晶体振荡探头6的振荡频率降低，根据其振荡频率的变化可计算出膜层物理厚度。

非耦合层中有多层与耦合层相同的材料层，如耦合层采用SiO₂材料，非耦合层中也有多层采用SiO₂材料。

用光学膜厚监控法控制非耦合层的光学厚度，用晶体振荡法来控制耦合层的物理厚度，为提高膜系的光学补偿效果，耦合层的厚度不是按理论设计值来确定，而是按在镀耦合层之前最近一次的低折射率膜层，比如第10层耦合层采用SiO₂膜，离第10层最近的SiO₂膜为第8层，则第10层的厚度与第8层的SiO₂膜层厚度相同。如第22层为耦合层，采用SiO₂材料。非耦合层中，采用SiO₂材料的为第20层，则第22层的耦合层膜厚与第20层的SiO₂膜层厚度相同，以此类推；上述的第8层、第20层的膜厚采用采用晶体振荡法测定。

采用本发明工艺制造的窄带滤光片的实施结果如图3所示，该膜系采用(HL)^2H 2L (HL)^2H L (HL)^3 2H (LH)^3 L (HL)^3 2H (LH)^3 L(HL)^2H 2L (HL)^2H四腔结构，H为TiO₂，L为SiO₂，设计带宽为10nm，设计峰值透过率＞90％，截止深度为T＜0.001％以下，截止范围从520nm-720nm，从图3可以看出实际制备结果与理论值吻合良好，达到了预期的结果。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims

1.一种窄带干涉滤光片的镀制工艺，包括在玻璃基片上镀膜步骤，镀膜包括非耦合层和耦合层，其特征在于，在镀膜时，采用光学膜厚监控法控制非耦合层的膜厚；采用晶体振荡法控制耦合层的膜厚；所述的光学膜厚监控法，采用光学监控片与玻璃基片同时镀膜，根据光学监控片的光透率测定镀膜的厚度；所述的晶体振荡法，其步骤为，使用振动的晶体振荡器与玻璃基片同时镀膜，根据晶体振荡器的振动频率变化确定镀膜的厚度。