CN2407015Y - 消除短波通截止滤光片半波孔的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种光学薄膜制备装置,可消除短波通截止滤光片的半波孔,包括镀膜机真空室、两个电子枪、光源、调制器、控制片、球形夹具、挡板、反射镜、单色仪、光电倍增管和膜厚仪等部件,另外,该装置在镀膜机真空室内、蒸镀膜层偏厚的电子枪与球形夹具之间,还固定有一个遮挡部件,通过调节高、低折射率镀膜材料的蒸镀膜层厚度相匹配,以达到有效消除半波孔的目的,普遍适用于透射式和反射式光控极值法镀制短波通截止滤光片。
Description
本实用新型涉及一种光学薄膜制备装置，可消除短波通截止滤光片的半波孔。
在光学薄膜中，短波通截止滤光片是一种常用的滤光片，实际应用广泛，如在彩色电视、电影、印刷等彩色分光系统中使用的二向色镜以及热反射镜、望远镜红膜等。在短波通截止滤光片的制备中往往会在通带区域，即反射带中心波长的一半处出现一个反射峰，即半波孔，或称为滤光片的半波跌落，它的存在极大地影响了短波通截止滤光片的光谱特性，甚至导致滤光片无法使用。
对于短波通截止滤光片半波孔的产生原因，国内外许多光学薄膜专家进行了广泛研究，众说纷纭。例如，Maclod认为半波孔是由于镀膜材料的折射率的非均匀性造成的(参见：H.A.Maclod.″Half wave holes，leaks and the otherproblems″.in Proceedings of the 39th Annual Technical Conference of the Society ofVacuum Coaters，J.N.Lingscheit and A.A.Bromfield，eds.(Society of VacuumCoaters，Washington，D.C.)，1996，p.193～198)；林永昌、卢维强认为半波孔是由于薄膜材料的折射率色散引起的(参见：林永昌，卢维强.光学薄膜原理.国防工业出版社，1990，p.352～353)；顾培夫认为半波孔是在镀膜过程中由于膜厚控制误差积累造成的(顾培夫.薄膜技术.浙江大学出版社，1993，p.162)。
根据实验分析和数值计算模拟的结果，上述因素均不是产生短波通截止滤光片半波孔的主要原因，短波通截止滤光片产生半波孔的真正原因是薄膜镀制过程中高折射率镀膜材料和低折射率镀膜材料蒸镀厚度不匹配，即在镀制四分之一中心波长厚度的膜层时，实际镀制出来的膜层中有一层(或是高折射率镀膜材料，或是低折射率镀膜材料)厚度始终偏大，从而产生半波孔。
本实用新型针对此原因而设计，目的是提供一种简单实用的、在短波通截止滤光片镀制过程中有效消除其半波孔的装置。本实用新型普遍适用于透射式和反射式光控极值法镀制短波通截止滤光片。
本实用新型的目的可以通过以下措施达到：本实用新型包括镀膜机真空室、左右两个电子枪、光源、调制器、控制片、球形夹具、挡板、反射镜、单色仪、光电倍增管和膜厚仪等部件，除此之外本实用新型还包括一个遮挡部件，位于镀膜机真空室内，固定在蒸镀膜层偏厚的电子枪与球形夹具之间。
本实用新型的目的还可以通过以下措施达到：本实用新型所用的遮挡部件是一个扇形遮挡板，扇形的圆心角一端对着镀膜机真空室中轴，扇形的弧边向着镀膜机真空室内壁，扇形遮挡板与镀膜机真空室底盘平行，扇形遮挡板的中线与镀膜机真空室的径向方向一致；扇形遮挡板的大小及其放置的高度满足以下条件：蒸镀膜层偏厚的电子枪蒸发的镀膜材料可以不受遮挡板阻挡淀积到控制片在该电子枪这一边的边缘上，同时蒸镀膜层偏薄的电子枪蒸发的镀膜材料可以不受遮挡板阻挡淀积到球形夹具在蒸镀膜层偏厚的电子枪这一边的边缘上(因为球形夹具的旋转，该边缘实际上是整个夹具的圆形边)；该遮挡部件由支撑架固定。
扇形遮挡板板心两个小孔与支撑架一端的两个小孔相对应，通过螺钉固定；支撑架另一端通过螺钉固定在镀膜机真空室底盘上。扇形遮挡板的扇形半径与圆心角的大小与镀膜机真空室的大小、扇形遮挡板固定在电子枪上方的高度，以及左右两个电子枪蒸镀膜层厚度的差值大小有关，一般是针对既定的镀膜机真空室和电子枪，首先确定扇形遮挡板固定的高度，然后据此从扇形半径和圆心角来调整扇形遮挡板的大小。通过使用不同大小的扇形遮挡板来控制蒸发材料淀积到镀膜基片上的多少，以达到控制膜层厚度的目的，最终使两个电子枪分别蒸镀的高、低折射率两种镀膜材料的膜层厚度相等。
本实用新型可以有效消除短波通截止滤光片的半波孔，其有益效果可以通过实验测试数据说明。
在实验中，所用的高折射率镀膜材料为TiO2，所用的低折射率镀膜材料为SiO2，未采用本实用新型镀制的短波通截止滤光片，控制波长为920nm，膜系为Sub/7(HL)H0.5L/Air，用分光光度计测试镀膜基片的透射光谱曲线，可从其测试曲线看到有很明显的半波孔，透过率仅为35％左右(图4)；在相同条件下采用本实用新型镀制的短波通截止滤光片，从其测试曲线可看出截止的中心波长为1100nm，在半波550nm处已经看不到半波孔，整个通带内波纹较小，由于色散的原因，三倍频处的反射峰已经移到400nm位置(图5)。
本实用新型针对薄膜镀制过程中高、低折射率两种镀膜材料蒸镀厚度不匹配这一产生短波通截止滤光片半波孔的原因而设计，应用本实用新型消除半波孔的明显效果也证明了对短波通截止滤光片半波孔的生成原因所作分析的正确性。
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
图1是本实用新型的剖面示意图。
图2是扇形遮挡板的正视图。
图3是扇形遮挡板与支撑架相连接的侧视图。
图4是实验中未采用本实用新型镀制的短波通截止滤光片的测试曲线。
图5是实验中采用本实用新型镀制的短波通截止滤光片的测试曲线。
工作时，先用单色仪17选择控制波长λ，在λ的监控下，分别用左右两个电子枪11、12向测试片(测试片的位置、质材与镀膜基片4、5相同)蒸镀单层高折射率材料(如TiO2)和单层低折射率材料(如SiO2)，镀完后取出测试片，用分光光度计分别测出单层高折射率材料膜层和单层低折射率材料膜层的透射光谱曲线，由光谱曲线找到反射率极大极小处的波长位置，从而确定膜层的光学厚度。比较高折射率材料膜层和低折射率材料膜层的厚度，确定孰厚孰薄，并以此确定哪一个电子枪蒸镀膜层偏厚。在图1中，假定左电子枪11蒸镀的膜层偏厚。
扇形遮挡板7中心的两个小孔22、23与支撑架8一端的两个小孔31、32相对应，通过螺钉24、25把扇形遮挡板7固定在支撑架8上，置于镀膜机真空室15内，使扇形遮挡板7位于蒸镀膜层偏厚的电子枪11与球形夹具6之间；用螺钉通过支撑架8另一端的两个小孔26、27将支撑架8固定在镀膜机真空室15的底盘上；扇形遮挡板7与镀膜机真空室15底盘平行，扇形遮挡板7的中线28与镀膜机真空室15的径向方向一致，扇形的圆心角一端29对着镀膜机真空室15中轴，扇形的弧边30向着镀膜机真空室15内壁；扇形遮挡板7放置的高度满足以下条件：蒸镀膜层偏厚的电子枪11从坩埚13蒸发的镀膜材料可以不受遮挡板7阻挡淀积到控制片3在该电子枪11这一边的边缘20上，同时蒸镀膜层偏薄的电子枪12从坩埚14蒸发的镀膜材料可以不受遮挡板7阻挡淀积到球形夹具6在蒸镀膜层偏厚的电子枪11这一边的边缘21上。
使用不同大小的扇形遮挡板7来控制电子枪11蒸镀材料淀积到测试片上的多少，当左右两个电子枪11、12蒸镀的材料的膜层厚度相等时，此时所用扇形遮挡板7的大小和位置(固定在电子枪上方的高度)就固定下来，可以开始镀制标准的短波通膜系。
假定先用左电子枪11蒸镀单层高折射率材料。
打开挡板9，左电子枪11从坩埚13蒸发的镀膜材料就淀积到镀膜基片4、5和控制片3上；此时光源1发出的白光在调制器2的作用下变成一定频率的交变光源，白光经过控制片3后经反射镜16进入单色仪17的入射狭缝，于是白光被分解成单色光，经单色仪17的出射狭缝射出，被光电倍增管18接收，将光信号转换为电信号，再通过膜厚仪19进行放大处理并显示出具体数据；当膜厚仪19显示的数据变到极大值或变到极小值时，即关闭挡板9，关闭电子枪11的高压电源。这时淀积到镀膜基片4、5和控制片3上的膜层厚度即为单色仪17选定波长λ的四分之一。
然后打开挡板10，用右电子枪12从坩埚14蒸镀单层低折射率材料。过程同上。
如此交替进行高、低折射率镀膜材料的蒸镀，直至镀完整个短波通膜系。
本实施例采用透射式光控极值法，本实用新型同样适用于反射式光控极值法。
对于扇形遮挡板和支撑架的制造材料，可以采用不锈钢、铁等材料，还可选用其它多种金属或非金属材料，但必须坚固不易变形，以保证遮挡部件的稳定性。支撑架除本说明书图3所示结构外，还可有其它多种结构，其作用只有一个：固定扇形遮挡板，同时不影响其它部件工作。
Claims (4)
1、消除短波通截止滤光片半波孔的装置，包括镀膜机真空室(15)、两个电子枪(11、12)、光源(1)、调制器(2)、控制片(3)、球形夹具(6)、挡板(9、10)、反射镜(16)、单色仪(17)、光电倍增管(18)和膜厚仪(19)等部件，其特征在于：该装置还包括一个遮挡部件(7)，位于镀膜机真空室(15)内，固定在蒸镀膜层偏厚的电子枪(11)与球形夹具(6)之间。
2、如权利要求1所述的消除短波通截止滤光片半波孔的装置，其特征在于：该装置内的遮挡部件是一个扇形遮挡板(7)，扇形的圆心角一端(29)对着镀膜机真空室(15)中轴，扇形的弧边(30)向着镀膜机真空室(15)内壁，扇形遮挡板(7)与镀膜机真空室(15)底盘平行，扇形遮挡板(7)的中线(28)与镀膜机真空室(15)的径向方向一致。
3、如权利要求2所述的消除短波通截止滤光片半波孔的装置，其特征在于：该装置内的扇形遮挡板(7)的大小及其放置的高度满足以下条件：蒸镀膜层偏厚的电子枪(11)蒸发的镀膜材料可以不受遮挡板(7)阻挡淀积到控制片(3)在该电子枪(11)这一边的边缘(20)上，同时蒸镀膜层偏薄的电子枪(12)蒸发的镀膜材料可以不受遮挡板(7)阻挡淀积到球形夹具(6)在蒸镀膜层偏厚的电子枪(11)这一边的边缘(21)上。
4、如权利要求1所述的消除短波通截止滤光片半波孔的装置，其特征在于：该装置内的遮挡部件(7)由支撑机构(8)固定。
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| CN102732844A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-10-17 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种真空镀膜机行星转动夹具上球面光学元件镀膜均匀性修正挡板的设计方法 |
| CN104101932A (zh) * | 2014-07-16 | 2014-10-15 | 同济大学 | 一种消除半波孔的短波通滤光片 |
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