CN102004499A - 红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法，该方法以一个装有石英晶振片的探头作为比较片与红外光学滤光片基片放在一起，探头与晶振膜厚控制仪相连接，晶振膜厚控制仪与蒸发源上方的挡板相连接，在蒸镀过程中，晶振膜厚控制仪测量探头中石英晶振片的振荡频率，当红外光学薄膜达到需要的厚度时，晶振膜厚控制仪发出指令，推动挡板遮挡住蒸发源，从而达到控制膜厚的目的。本发明的方法采用的设备简单、维护方便、成本低；膜层厚度控制精度高，可以控制任意厚度的红外光学薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学器件的制作方法，尤其涉及一种红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法。
背景技术
红外技术的发展与广泛应用为红外光学薄膜的发展提供了广阔的前景与机遇。
目前，红外光学薄膜厚度控制均采用光电极值法。该方法利用了监控波长光强随膜层光学厚度变化而变化的性质。当膜层光学厚度增加到控制波长的四分之一时，控制波长光强出现极值点。通过判断极值点，可以控制膜层厚度。
利用光电极值法控制红外光学薄膜厚度具有以下几个缺点：
1、设备复杂
光电极值法膜厚控制系统需要光源、光源电源、光路系统、比较片转动系统、单色仪、探测器以及锁相放大器与显示器。特别对于长波红外光学薄膜监控来说，探测器还要配备相应的制冷系统。
2、设备昂贵
光电极值法膜厚控制系统的复杂性决定其价格昂贵，特别是对于长波红外光学薄膜膜厚控制来说，所用的元器件以及材料都是稀有、难加工的红外材料，进一步增加了设备的价格。
3、没有通用性
红外覆盖了0.8um～40um的波长范围，分为短波、中波与长波红外。中短波红外光学薄膜的监控系统不能用在长波红外光学薄膜监控上。
4、监控误差较大
在极值点附近，控制波长的变化很小，因此很难对极值点做出准确判断。极值法的这一特点降低监控精度，增大监控误差。
5、只能控制规整膜系
光电极值法只能在控制波长的极值点停镀，也就只能控制具有监控波长四分之一厚度的整数倍的膜层厚度，即只能控制规整膜系的厚度。
石英晶振法控制膜层厚度具有精度高的特点，并且可以控制任意厚度的膜层。石英晶振法利用了石英晶体的压电效应。石英晶体固有振荡频率的变化与蒸镀在其上膜层厚度的变化成线性关系。通过测量石英晶体固有振荡频率的变化，可以准确测出膜层厚度的改变。目前，商业化的晶振膜厚控制仪可以达到0.1nm的厚度控制精度，远超过一般光电极值法的膜厚控制精度。
但是，目前红外光学薄膜的厚度控制中，石英晶振只用来控制膜层的蒸发速率，膜层厚度控制还是利用光电极值法。特别是长波红外光学薄膜的厚度控制，有的根本没有配备晶振控制仪。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法，是以一个装有石英晶振片的探头作为比较片与红外光学滤光片基片放在一起，探头与晶振膜厚控制仪相连接，晶振膜厚控制仪与蒸发源上方的挡板相连接，在蒸镀过程中，晶振膜厚控制仪测量探头中石英晶振片的振荡频率，当红外光学薄膜达到需要的厚度时，晶振膜厚控制仪发出指令，推动挡板遮挡住蒸发源，从而达到控制膜厚的目的。
本发明红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法是一种石英晶振法，相对于光电极值法控制红外光学薄膜的厚度，石英晶振法具有明显的优点。
1、设备简单，成本低
石英晶振法只利用了一台晶振膜厚控制仪与一个石英晶振探头就达到了膜厚控制的目的。
2、膜层厚度控制精度高
本发明中采用的晶振膜厚控制仪的控制精度可以达到1nm。
3、可以控制任意厚度的红外光学薄膜。
4、设备维护方便
石英晶振法只需定期更换探头中的石英晶振片即可连续工作，因此维护简单。
附图说明
图1是本发明的方法所采用的装置示意图；
图2是采用本发明的方法制作的一种长波红外光学滤光片的实测光谱图；
图3是采用本发明的方法制作的一种长波增透膜的实测光谱图。
具体实施方式
本发明红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法是一种石英晶振法，它采用如图1所示的装置，以一个装有石英晶振片的探头1作为比较片与红外光学滤光片基片2放在一起，探头与晶振膜厚控制仪3相连接，晶振膜厚控制仪与蒸发源4上方的挡板5相连接，在蒸镀过程中，晶振膜厚控制仪3测量探头1中石英晶振片的振荡频率，当红外光学薄膜达到需要的厚度时，晶振膜厚控制仪3发出指令，推动挡板5遮挡住蒸发源，从而达到控制膜厚的目的
具体实施步骤如下：
1、在晶振膜厚控制仪中输入设计好的红外光学薄膜的膜系结构，包括所用材料、层数以及每层的厚度；
2、打开输入的膜系结构，开始第一层的膜厚控制；
3、加热蒸发源使材料达到蒸发状态；
4、打开挡板，材料沉积到基片与石英晶振片上，晶振膜厚仪测量并显示膜层的厚度与沉积速率；
5、当膜厚达到设定厚度时，晶振膜厚控制仪发出指令，关闭挡板，并自动转入下一层的膜厚控制；
6、重复步骤3、4、5，直至所有膜层蒸镀完毕。
7、在镀制过程中，若到达一块石英晶振片的使用寿命，就再切换下一块石英晶振片。
实施例1
长波红外光学滤光片：8μm长波通
利用Ge与ZnS，在Si基片上镀制双面8μm长波通光学滤光片。膜系全部采用非规整结构，一面层数为32层，另一面为29层。光谱要求2.5～7.2μm透过率小于1％，8～12μm透过率大于85％。利用石英晶振法制备滤光片后，实测光谱如图2所示。
实施例2
长波增透膜：8～10μm增透膜
利用ZnS与YbF3，在ZnS基片上镀制8～10μm增透膜。光谱要求8～10μm透过率大于95％。膜系采用非规整结构，共5层。利用石英晶振法制备增透膜，实测光谱如图3所示。
Claims (1)
1.一种红外光学滤光片制作过程中的红外光学薄膜厚度控制方法，其特征在于：以一个装有石英晶振片的探头作为比较片与红外光学滤光片基片放在一起，探头与晶振膜厚控制仪相连接，晶振膜厚控制仪与蒸发源上方的挡板相连接，在蒸镀过程中，晶振膜厚控制仪测量探头中石英晶振片的振荡频率，当红外光学薄膜达到需要的厚度时，晶振膜厚控制仪发出指令，推动挡板遮挡住蒸发源，从而达到控制膜厚的目的。
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