CN104330844A - 一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法 - Google Patents

一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104330844A
CN104330844A CN201410720578.4A CN201410720578A CN104330844A CN 104330844 A CN104330844 A CN 104330844A CN 201410720578 A CN201410720578 A CN 201410720578A CN 104330844 A CN104330844 A CN 104330844A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase shift
correction
reflection
ion beam
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410720578.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104330844B (zh
Inventor
季一勤
刘华松
宗杰
刘丹丹
王利栓
姜玉刚
赵馨
姜承慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Original Assignee
8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 8358 Research Institute of 3th Academy of CASC filed Critical 8358 Research Institute of 3th Academy of CASC
Priority to CN201410720578.4A priority Critical patent/CN104330844B/zh
Publication of CN104330844A publication Critical patent/CN104330844A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104330844B publication Critical patent/CN104330844B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及高反射光学介质薄膜的性能修正技术领域，具体涉及一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法。本发明通过对高反射光学介质薄膜膜系结构的保护膜层物理厚度进行修正，实现对高反射光学介质薄膜反射相移修正的目的。本发明分别针对反射相移的正方向补偿和负方向补偿，其通过使用离子束刻蚀方法对保护膜的减薄，实现反射相移的负方向补偿，使用离子束溅射沉积技术对保护膜增厚，实现反射相移的正方向补偿。通过上述实施方案，可实现高反射光学介质薄膜反射相移的正向或反向修正，满足对相移指标的特定要求，而且在相移修正过程中不会对高反射光学介质薄膜的表面造成任何损伤。

Description

一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法
技术领域
本发明涉及高反射光学介质薄膜的性能修正技术领域，具体涉及一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法。
背景技术
在光学薄膜技术研究领域，人们更关注于光学薄膜的振幅调制特性，如反射率、透射率和吸收率等，典型的薄膜有增透膜、高反膜、带通滤光薄膜、分光薄膜等，薄膜的相移特性往往不是设计和表征的重点。近年来，随着飞秒脉冲激光、宽带光通信技术以及相干光医学诊断技术的快速发展，对光学元件的色散特性要求越来越高，薄膜元件以其插入损耗小、利于集成化等优点，广泛应用到色散增强和色散补偿等领域中。因此，精确调控光学薄膜的相移特性成为国内外研究的热点。
高反射光学介质薄膜是现代激光与光学系统中重要的薄膜之一，如在环形激光陀螺谐振器中，由于高反射光学介质薄膜的反射特性决定了谐振腔内的偏振态运转，不仅需求高反射光学介质薄膜的反射率达到99.995％以上，而且对反射相移的要求也要满足环形激光陀螺的设计要求。
高反射光学介质薄膜的反射相移与其它光学指标一样，由薄膜的膜系结构、中心波长、工作角度、膜系光学厚度的制备误差所决定。其中工作角度在膜系结构设计时所决定，反射相移的控制一般通过控制膜系结构中光学厚度的精确度，中心波长的定位精确度来实现。目前精确控制反射相移通过薄膜厚度在线监控和修正完成，主要有晶体振动频率控厚、单波长光学监控(反射式和透射式)、宽光谱监控、高稳定功率-时间监控四种方式。但是在制备过程中，由于薄膜制备工艺条件的波动，产生的随机误差会对反射相移产生较大的影响。当高反射光学介质薄膜制备完成后，反射相移特性就已经由镀膜工艺过程所决定，如何镀膜后对反射相移的修正变得尤为重要。
目前国内外还没有关于高反射光学介质薄膜反射相移修正研究的相关报道。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法，所述修正方法包括如下步骤：
步骤S1：设置离子源溅射薄膜的参数，参数设置范围包括：离子束溅射电压1000V～1300V、离子束溅射电流500mA～800mA、中和器发射电流600mA～1000mA，氧气流量10sccm～40sccm；
步骤S2：利用上述的参数完成高反射光学介质薄膜的基本膜系‘基底/(H L)^m H 2L/空气’的制备，完成后利用椭圆偏振仪测量反射相移δ(°)；
步骤S3：假设设计要求的反射相移为δ0，计算需要修正的相移量Δ＝δ-δ0；
步骤S4：当Δ>0时，利用离子束溅射沉积参数，再分别沉积保护膜T1、T2、…、Tn秒，其中n为≥1的正整数，利用椭圆偏振仪测量不同时间下反射相移分别为δ1、δ2、…、δn，其中n为≥1的正整数，则相应时间下相移的正向修正量分别为δ1－δ0、δ2－δ0、…、δn－δ0，其中n为≥1的正整数，利用最小二乘法拟合计算出正向修正速率xx；
当Δ<0时，设置刻蚀离子源溅射的参数，参数设置范围包括：离子束溅射电压800V～1000V、离子束溅射电流100mA～300mA、中和器发射电流100mA～400mA，氧气流量10sccm～40sccm；利用该参数分别对保护膜进行刻蚀T1’、T2’、…、Tn’秒，其中n为≥1的正整数，利用椭圆偏振仪测量不同刻蚀时间下反射相移分别为δ1’、δ2’、…、δn’，其中n为≥1的正整数，则相应时间下相移的反向修正量分别为δ0－δ1’、δ0－δ2’、…、δ0－δn’，其中n为≥1的正整数，利用最小二乘法拟合计算出正向修正速率yy；
步骤S5：若待修正高反膜的反射相移为δ’，要求值为δ0时，相移修正量为Δ＝∣δ’-δ0∣，则正向修正时间为x＝Δ/xx，反向修正时间为y＝Δ/yy；
由此实现对高反射光学介质薄膜反射相移正向和反向的修正。
(三)有益效果
本发明通过对高反射光学介质薄膜膜系结构的保护膜层物理厚度进行修正，实现对高反射光学介质薄膜反射相移修正的目的。
本发明分别针对反射相移的正方向补偿和负方向补偿，其通过使用离子束刻蚀方法对保护膜的减薄，实现反射相移的负方向补偿，使用离子束溅射沉积技术对保护膜增厚，实现反射相移的正方向补偿
通过上述实施方案，可实现高反射光学介质薄膜反射相移的正向或反向修正，满足对相移指标的特定要求，而且在相移修正过程中不会对高反射光学介质薄膜的表面造成任何损伤。
附图说明
图1为高反射膜相移修正技术流程图。
图2为高反射光学介质薄膜的基本膜系结构。
图3为高反射光学介质薄膜反射相移曲线。
图4为保护膜不同增镀时间的反射相移曲线(λ0＝632.8nm)。
图5为保护膜不同刻蚀时间的反射相移曲线(λ0＝632.8nm)。
图6为保护膜离子束溅射增镀前的薄膜表面形貌测试。
图7为保护膜离子束溅射增镀后的薄膜表面形貌测试。
图8为保护膜离子束溅射刻蚀前的薄膜表面形貌测试。
图9为保护膜离子束溅射刻蚀后的薄膜表面形貌测试。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题，本发明提供一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法，如图2所示，鉴于高反射光学介质薄膜的基本膜系结构为基底/(H L)^m H 2L/空气，主要包括基底、高折射率膜层(H层)，低折射率膜层(L层)，两层的物理厚度dH和dL，膜层堆数基本的光学厚度为λ0/4，m为基本膜堆(H L)的重复次数，m的取值决定于对激光反射率的要求。反射薄膜的制备过程采用离子束溅射沉积技术，镀膜后的反射相移通过椭圆偏振仪测量，本发明针对2L层的物理厚度进行反射相移修正。图1为其实现的技术流程图。
所述修正方法包括如下步骤：
步骤S1：设置离子源溅射薄膜的参数，主要参数设置范围包括：离子束溅射电压1000V～1300V、离子束溅射电流500mA～800mA、中和器发射电流600mA～1000mA，氧气流量10sccm～40sccm；
步骤S2：利用上述的参数完成高反射光学介质薄膜的基本膜系‘基底/(H L)^m H 2L/空气’的制备，完成后利用椭圆偏振仪测量反射相移δ(°)；
步骤S3：假设设计要求的反射相移为δ0，计算需要修正的相移量Δ＝δ-δ0；
步骤S4：当Δ>0时，利用离子束溅射沉积参数，再分别沉积保护膜T1、T2、…、Tn秒，其中n为≥1的正整数，利用椭圆偏振仪测量不同时间下反射相移分别为δ1、δ2、…、δn，其中n为≥1的正整数，则相应时间下相移的正向修正量分别为δ1－δ0、δ2－δ0、…、δn－δ0，其中n为≥1的正整数，利用最小二乘法拟合计算出正向修正速率xx；
当Δ<0时，设置刻蚀离子源溅射的参数，主要参数设置范围包括：离子束溅射电压800V～1000V、离子束溅射电流100mA～300mA、中和器发射电流100mA～400mA，氧气流量10sccm～40sccm；利用该参数分别对保护膜进行刻蚀T1’、T2’、…、Tn’秒，其中n为≥1的正整数，利用椭圆偏振仪测量不同刻蚀时间下反射相移分别为δ1’、δ2’、…、δn’，其中n为≥1的正整数，则相应时间下相移的反向修正量分别为δ0－δ1’、δ0－δ2’、…、δ0－δn’，其中n为≥1的正整数，利用最小二乘法拟合计算出正向修正速率yy；
步骤S5：若待修正高反膜的反射相移为δ’，要求值为δ0时，相移修正量为Δ＝∣δ’-δ0∣，则正向修正时间为x＝Δ/xx，反向修正时间为y＝Δ/yy；
由此实现对高反射光学介质薄膜反射相移正向和反向的修正。
下面结合具体实施例来详细描述本发明。
实施例1
高反射光学介质薄膜反射相移正向和反向修正速率标定：
1)离子源溅射薄膜的参数为离子束溅射电压1250V、离子束溅射电流650mA、中和器发射电流900mA，氧气流量25sccm；
2)首先利用离子束溅射沉积技术完成对高反射光学介质薄膜的膜系结构的沉积，高折射率材料为Ta2O5、低折射率材料为SiO2，m＝15，中心波长为λ0＝632.8nm，膜层厚度监控为时间-功率模式；
3)设置H层沉积时间为231.4秒，L层沉积时间为448.9秒，保护层沉积时间为897.8秒；
4)利用美国J.A.Woollam公司VASE型可变入射角度椭圆偏振仪对制备好的高反射薄膜反射相移进行测量，在λ0＝632.8nm处反射相移为180.1°，参阅图3；
5)使用步骤1的参数分别进行薄膜增镀10、20、30、40和50秒实验；利用上述椭圆偏振仪测量反射相移，测得λ0＝632.8nm处反射相移分别为179.11、178.05、176.81、175.92和174.83，参阅图4；
6)利用最小二乘法拟合出正向修正速率为xx＝0.1069°/s；
7)刻蚀离子源的参数为：离子束溅射电压900V、离子束溅射电流150mA、中和器发射电流225mA、氧气流量25sccm；
8)使用步骤7的参数分别进行薄膜刻蚀50、60、70、80和90秒实验；利用上述椭圆偏振仪测量反射相移，测得λ0＝632.8nm处反射相移分别为182.38、182.91、183.33、183.82和184.41，参阅图5；
9)利用最小二乘法拟合出反向修正速率为yy＝0.0497°/s。
实施例2
检查高反射光学介质薄膜反射相移修正效果：
1)离子源溅射薄膜的参数为离子束溅射电压1250V、离子束溅射电流650mA、中和器发射电流900mA，氧气流量25sccm；
2)首先利用离子束溅射沉积技术完成对高反射光学介质薄膜的膜系结构的沉积，高折射率材料为Ta2O5、低折射率材料为SiO2，m＝15，中心波长为λ0＝632.8nm，膜层厚度监控为时间-功率模式；
3)设置H层沉积时间为231.4秒，L层沉积时间为448.9秒，保护层沉积时间为850秒；
4)利用椭圆偏振仪对制备好的高反射薄膜反射相移进行测量，在λ0＝632.8nm处反射相移为184.91°；
5)按相移要求值为180°进行计算，正向修正时间为x＝Δ/xx＝4.91°/0.1069°/s＝45.9s；
6)使用步骤1的参数进行薄膜增镀45.9秒；
7)利用椭圆偏振仪对修正后的高反射薄膜反射相移进行测量，测得反射相移为180.04°，与要求值偏差较小，达到了修正效果；在增镀前后利用使用奥林巴斯金相显微镜对高反射薄膜表面进行观察，放大倍率为100X，结果表明表面无明显变化，缺陷在增镀后数量也并无增加现象。
实施例3
检查高反射光学介质薄膜反射相移修正效果：
1)离子源溅射薄膜的参数为离子束溅射电压1250V、离子束溅射电流650mA、中和器发射电流900mA，氧气流量25sccm；
2)首先利用离子束溅射沉积技术完成对高反射光学介质薄膜的膜系结构的沉积，高折射率材料为Ta2O5、低折射率材料为SiO2，m＝15，中心波长为λ0＝632.8nm，膜层厚度监控为时间-功率模式；
3)设置H层沉积时间为231.4秒，L层沉积时间为448.9秒，保护层沉积时间为950秒；
4)利用椭圆偏振仪对制备好的高反射薄膜反射相移进行测量，在λ0＝632.8nm处反射相移为175.22°；
5)按相移要求值为180°进行计算，反向修正时间y＝Δ/yy＝4.78°/0.0497°/s＝96.2s；
6)刻蚀离子源的参数为：离子束溅射电压900V、离子束溅射电流150mA、中和器发射电流225mA、氧气流量25sccm；对待修正高反射薄膜样品进行刻蚀96.2秒；
7)利用椭圆偏振仪对修正后的高反射薄膜反射相移进行测量，测得反射相移为180.06°，与要求值偏差较小，达到了修正效果；在增镀前后利用使用奥林巴斯金相显微镜对高反射薄膜表面进行观察，放大倍率为100X，结果表明表面无明显变化，缺陷在增镀后数量也并无增加现象。
前后具体效果对比请参见附图6至图9。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法，其特征在于，所述修正方法包括如下步骤：
步骤S1：设置离子源溅射薄膜的参数，参数设置范围包括：离子束溅射电压1000V～1300V、离子束溅射电流500mA～800mA、中和器发射电流600mA～1000mA，氧气流量10sccm～40sccm；
步骤S2：利用上述的参数完成高反射光学介质薄膜的基本膜系‘基底/(HL)^mH 2L/空气’的制备，完成后利用椭圆偏振仪测量反射相移δ(°)；
步骤S3：假设设计要求的反射相移为δ0，计算需要修正的相移量Δ＝δ-δ0；
步骤S4：当Δ>0时，利用离子束溅射沉积参数，再分别沉积保护膜T1、T2、…、Tn秒，其中n为≥1的正整数，利用椭圆偏振仪测量不同时间下反射相移分别为δ1、δ2、…、δn，其中n为≥1的正整数，则相应时间下相移的正向修正量分别为δ1－δ0、δ2－δ0、…、δn－δ0，其中n为≥1的正整数，利用最小二乘法拟合计算出正向修正速率xx；
当Δ<0时，设置刻蚀离子源溅射的参数，参数设置范围包括：离子束溅射电压800V～1000V、离子束溅射电流100mA～300mA、中和器发射电流100mA～400mA，氧气流量10sccm～40sccm；利用该参数分别对保护膜进行刻蚀T1’、T2’、…、Tn’秒，其中n为≥1的正整数，利用椭圆偏振仪测量不同刻蚀时间下反射相移分别为δ1’、δ2’、…、δn’，其中n为≥1的正整数，则相应时间下相移的反向修正量分别为δ0－δ1’、δ0－δ2’、…、δ0－δn’，其中n为≥1的正整数，利用最小二乘法拟合计算出正向修正速率yy；
步骤S5：若待修正高反膜的反射相移为δ’，要求值为δ0时，相移修正量为Δ＝∣δ’-δ0∣，则正向修正时间为x＝Δ/xx，反向修正时间为y＝Δ/yy；
由此实现对高反射光学介质薄膜反射相移正向和反向的修正。
CN201410720578.4A 2014-12-02 2014-12-02 一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法 Active CN104330844B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410720578.4A CN104330844B (zh) 2014-12-02 2014-12-02 一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410720578.4A CN104330844B (zh) 2014-12-02 2014-12-02 一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104330844A true CN104330844A (zh) 2015-02-04
CN104330844B CN104330844B (zh) 2017-04-12

Family

ID=52405602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410720578.4A Active CN104330844B (zh) 2014-12-02 2014-12-02 一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104330844B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106329304A (zh) * 2016-11-14 2017-01-11 天津津航技术物理研究所 一种偏振可控的激光谐振腔镜

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1588137A (zh) * 2004-08-17 2005-03-02 同济大学 通道相对位置可调整的双通道滤光片及其调整方法
CN1629658A (zh) * 2004-10-11 2005-06-22 同济大学 相对位置可独立调整的通道通带滤光片
US20090122402A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-14 Jds Uniphase Corporation Achromatic Converter Of A Spatial Distribution Of Polarization Of Light

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1588137A (zh) * 2004-08-17 2005-03-02 同济大学 通道相对位置可调整的双通道滤光片及其调整方法
CN1629658A (zh) * 2004-10-11 2005-06-22 同济大学 相对位置可独立调整的通道通带滤光片
US20090122402A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-14 Jds Uniphase Corporation Achromatic Converter Of A Spatial Distribution Of Polarization Of Light

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106329304A (zh) * 2016-11-14 2017-01-11 天津津航技术物理研究所 一种偏振可控的激光谐振腔镜

Also Published As

Publication number Publication date
CN104330844B (zh) 2017-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101464528A (zh) 一种dlc红外抗反射保护膜及其制备方法
CN102320164B (zh) 一种用于激光变角度入射的多层介质高反射膜
CN213903843U (zh) 一种远红外硅基超透镜增透膜及超透镜
CN104849861B (zh) 一种用于制备光学薄膜的方法
CN101539703B (zh) 一种倍频器
CN101750676B (zh) 一种光纤端面的镀膜方法
CN108515743B (zh) 一种金属/介质超宽带吸收薄膜及其制备方法
CN104330844A (zh) 一种高反射光学介质薄膜反射相移的修正方法
CN109837517A (zh) 一种基于磁控溅射的外反射银膜制备方法
CN102928894B (zh) 193nmP光大角度减反射薄膜元件的制备方法
CN204331075U (zh) 一种红外玻璃gasir1增透膜
Barrie et al. Control of stress in protected silver mirrors prepared by plasma beam sputtering
CN103197367B (zh) 各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片
CN101464536B (zh) 0°入射起偏薄膜的制备方法
CN103207427A (zh) 双折射薄膜反射式位相延迟片
CN207281318U (zh) 基于离子束溅射沉积薄膜的面形可控保偏分色片
CN113253373B (zh) 一种闪耀光栅技术可见光变色的眼镜镜片
CN113934072A (zh) 可实现光学定向隐身的pt对称康托尔光子晶体结构
Li et al. Preparation of MgF2, SiO2 and TiO2 optical films
US20160195656A1 (en) Structure of ultraviolet light polarization component and manufacturing process therefor
CN111880324B (zh) 可随温度自调节的全向透射薄膜元件及其制备方法
CN107272088A (zh) 一种低温减反屏蔽层及其制备方法
CN109972103B (zh) 一种宽角太阳能光谱选择吸收薄膜及其制备方法
CN102338899A (zh) 一种低损耗高可靠性反射镜
CN109470653A (zh) 一种含有基底特征的薄膜-基底-薄膜系统光学特性分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant