具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法技术

本发明专利技术公开一种具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法，包括如下步骤：（１）以待校准的多层光学薄膜所用的高、低两种折射率材料作为原料，在基板上镀上结构为“２Ｈ?２Ｌ?２Ｈ?２Ｌ?２Ｈ?２Ｌ?２Ｈ”的高、低折射率交替的七层半波层膜系作试验样品；（２）测试得到试验样品的透射率曲线，并得到试验样品的实测中心波长及其短波侧和长波侧的透射率极小值；（３）将试验样品的实测中心波长与设定值的偏离量除以４得到试验样品的膜厚偏离量；（４）根据所述短波侧和长波侧的透射率极小值，得到试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比；（５）根据试验样品的膜厚偏离量和／或高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比校准待校准的多层光学薄膜厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
作为特殊形态材料的光学薄膜，今天已广泛地渗透到各个新兴的科技领域，特别 是近年来引人注目的薄膜光子晶体、纳米或亚波长尺度的多维结构、传感功能薄膜和高密 度体记录薄膜等等，其各种特异性能的开发应用无一不与薄膜的特性相关。这就是因为光 学薄膜具有良好的空间周期结构，容易依据薄膜光学理论对薄膜的结构、组份和性能进行 复杂的人工剪裁和设计，从而实现其它技术所无法达到的优异性能。多层光学薄膜通常是由高、低折射率的两种材料在真空室中交替镀制而成的，但 由于多层膜在制造过程中电子束或热阻蒸发源与基板的几何配置、蒸发材料的蒸汽发射特 性、基板温度分布、夹具设计缺陷及使用变形等诸多因素都会导致高、低折射率两种薄膜的 厚度偏离设定值，从而产生中央厚度监控片上的特性虽与理论设计接近，但远离监控片的 镜片特性会明显恶化，这不仅使制造成品率大大降低，而且造成大量昂贵的基板报废。由于 影响膜层厚度的因素太多、太复杂，特性变化非常离奇，所以无法直接从特性判断造成光学 特性恶化的原因，这是迄今尚未解决的制造技术中的一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方 法。本专利技术的构思是不管影响多层光学薄膜的膜厚的因素多么复杂，出现这种问题 的原因最终都可归结为高、低折射率两种材料的膜厚偏离及膜厚比破坏。本专利技术提供一种 简单的对具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度进行校准的方法-一用七层半波薄膜 可以获得膜厚偏离量及膜厚比破坏的全部信息，然后通过中心波长调节和档板修正进行校 准。具体如下以实际待校准的多层光学薄膜所用的高、低折射率两种薄膜材料作为原料，用电 子束蒸发源或热阻蒸发源分别依次镀上七层高、低折射率交替的半波层薄膜2H 2L 2H 2L 2H 2L 2H，其中H和L分别表示高、低折射率膜的1/4波长的厚度。以该七层薄膜作为试 验样品，然后用分光光度计测量七层薄膜镀膜后试验样品的透射率曲线。由于七层薄膜的 所有膜层均为半波虚设层(在中心波长相当于没有镀膜)，其透射率曲线的极大值与未镀 膜时的样品透射率曲线重合，据此可以判定膜厚偏离量。而根据试验样品的实测中心波长 (透射极大值)两边的两个透射率极小值的大小，可以判定是哪一种膜层偏厚或偏薄，并得 到高、低折射率两种薄膜的厚度比。最后根据试验样品测量的膜厚偏离量修正待校准的多 层光学薄膜的中心波长；和/或根据试验样品测量的厚度比制作两个修正挡板，分别置于 高、低折射率蒸发源上方，以修正待校准的多层光学薄膜高、低折射率膜层的厚度。本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案具体如下该具有高、低两种折射率的3多层光学薄膜厚度的校准方法主要包括以下步骤(1)以待校准的多层光学薄膜所用的高、低两种折射率材料作为原料，在基板上镀 上高、低折射率交替的七层半波层膜系作为试验样品，所述七层半波层膜系具有“2H 2L 2H 2L 2H 2L 2H”的结构，其中，H表示高折射率膜的1/4波长的厚度，L表示低折射率膜的1/4 波长的厚度；(2)用分光光度计测试得到试验样品的透射率曲线，根据该透射率曲线得到试验 样品的实测中心波长以及实测中心波长的短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小 值，所述短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值与试验样品的实测中心波长相 邻；(3)根据所述试验样品的实测中心波长与试验样品的设定中心波长的差值得到试 验样品的中心波长偏离量，将所述试验样品的中心波长偏离量除以4得到试验样品的膜厚偏离量；(4)根据所述试验样品的实测中心波长的短波侧的透射率极小值和长波侧的透射 率极小值得到试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比；(5)按以下方法校准所述待校准的多层光学薄膜的厚度1)如果所述试验样品的膜厚偏离量大于零，则将待校准的多层光学薄膜的中心波 长相应调小；如果所述试验样品的膜厚偏离量小于零，则将待校准的多层光学薄膜的中心 波长相应调大；所述待校准的多层光学薄膜的中心波长在调节后和调节前的差值为所述试 验样品的膜厚偏离量的4倍；2)若所述试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比不等于1，则制作高 折射率膜层修正挡板和低折射率膜层修正挡板，根据试验样品的高折射率膜层和低折射率 膜层的厚度比来调节高折射率膜层修正挡板和低折射率膜层修正挡板的宽度比用以分别 校准待校准的多层光学薄膜的高折射率膜层和低折射率膜层，直至待校准的多层光学薄膜 的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比达到设定值；3)若在使用高折射率膜层修正挡板和低折射率膜层修正挡板后使待校准的多层 光学薄膜的实测中心波长偏离原设定值，则当待校准的多层光学薄膜的膜厚偏离量大于零 时，将待校准的多层光学薄膜的中心波长调小至设定值；当待校准的多层光学薄膜的膜厚 偏离量小于零时，将待校准的多层光学薄膜的中心波长调大至设定值。进一步地，本专利技术所述试验样品的设定中心波长为550nm。本专利技术的优点是第一，灵敏度非常高，即使千分之一的厚度偏离或厚度比变化都 可以求出；第二，方法简单，只需在批量生产实际多层光学薄膜之前试镀一次七层半波膜 层，然后用分光光度计测量试验样品的透射率曲线，就可有的放矢地通过调节中心波长和/ 或制作两个修正档板来校准实际多层光学薄膜高、低折射率两种薄膜的厚度；第三，不管影 响膜厚的因素千变万化，只要判别出试验样品最后的膜厚偏离量及高、低折射率两种薄膜 的厚度比，就可直接对实际多层光学薄膜高、低折射率两种薄膜的厚度进行校准，从而克服 离奇的光学特性变化。实践证明，本专利技术方法非常简单，效果非常显著。该方法适用于所有 因高、低折射率两种薄膜厚度变化而造成光学特性恶化的多层光学薄膜膜厚的校准。附图说明图1是本专利技术镀有七层半波层膜系的试验样品的理论透射率曲线和未镀膜基板 的透射率曲线的对照关系图。图2是本专利技术判定膜厚偏离量的试验样品的实测透射率曲线和未镀膜基板的透 射率曲线的对照关系图，其中，(a)试验样品的膜厚偏离量小于零；(b)试验样品的膜厚偏离量大于零。图3是本专利技术判定膜厚比的试验样品的实测透射率曲线和未镀膜基板的透射率 曲线的对照关系图，其中，(a)高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比大于1 ；(b)高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比小于1。图4是本专利技术所用的光学薄膜厚度监控仪的结构示意图。图5是本专利技术待校准的多层光学薄膜——短波通薄膜器件膜厚未作校准时的实测 透射率曲线和理论透射率曲线的对照关系图。图6是本专利技术在校准短波通薄膜器件时所用的试验样品的实测透射率曲线和未 镀膜基板的透射率曲线的对照关系图。图7是短波通薄膜器件经校准后的实测透射率曲线和理论透射率曲线的对照关系图。 具体实施例方式本专利技术校准方法最重要的是先在基板上镀制一高、低折射率交替的七层半波层膜 系作为试验样品，该七层半波层膜系具有“2H 2L 2H 2L 2H 2L 2H”的结构，其中，H表示高 折射率膜的1/4波长的厚度，L表示低折射率膜的1/4波长的厚度。考虑到光学薄膜厚度 监控仪的接收器的灵敏度，设定试验样品的中心波长为550nm具有较佳效果。由图1所示的七层半波层膜系的试验样品的理论透射率曲线1，并与图1中基板未 镀七层半波层膜时的透射率曲线2比较，可知试验样品设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高、低两种折射率的多层光学薄膜厚度的校准方法，其特征在于包括如下步骤：（１）以待校准的多层光学薄膜所用的高、低两种折射率材料作为原料，在基板上镀上高、低折射率交替的七层半波层膜系作为试验样品，所述七层半波层膜系具有“２Ｈ２Ｌ２Ｈ２Ｌ２Ｈ２Ｌ２Ｈ”的结构，其中，Ｈ表示高折射率膜的１／４波长的厚度，Ｌ表示低折射率膜的１／４波长的厚度；（２）用分光光度计测试得到试验样品的透射率曲线，根据该透射率曲线得到试验样品的实测中心波长以及实测中心波长的短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值，所述短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值与试验样品的实测中心波长相邻；（３）根据所述试验样品的实测中心波长与试验样品的设定中心波长的差值得到试验样品的中心波长偏离量，将所述试验样品的中心波长偏离量除以４得到试验样品的膜厚偏离量；（４）根据所述试验样品的实测中心波长的短波侧的透射率极小值和长波侧的透射率极小值得到试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比；（５）按以下方法校准所述待校准的多层光学薄膜的厚度：１）如果所述试验样品的膜厚偏离量大于零，则将待校准的多层光学薄膜的中心波长相应调小；如果所述试验样品的膜厚偏离量小于零，则将待校准的多层光学薄膜的中心波长相应调大；所述待校准的多层光学薄膜的中心波长在调节后和调节前的差值为所述试验样品的膜厚偏离量的４倍；２）若所述试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比不等于１，则制作高折射率膜层修正挡板和低折射率膜层修正挡板，根据试验样品的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比来调节高折射率膜层修正挡板和低折射率膜层修正挡板的宽度比用以分别校准待校准的多层光学薄膜的高折射率膜层和低折射率膜层，直至待校准的多层光学薄膜的高折射率膜层和低折射率膜层的厚度比达到设定值；３）若在使用高折射率膜层修正挡板和低折射率膜层修正挡板后使待校准的多层光学薄膜的实测中心波长偏离原设定值，则当待校准的多层光学薄膜的膜厚偏离量大于零时，将待校准的多层光学薄膜的中心波长调小至设定值；当待校准的多层光学薄膜的膜厚偏离量小于零时，将待校准的多层光学薄膜的中心波长调大至设定值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾培夫，艾曼灵，张梅骄，金波，陶占辉，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]