[发明专利]一种光学薄膜的膜厚监控方法

说明书

本发明公开了一种光学薄膜的膜厚监控方法，包括如下步骤：1)监控膜层的T或者R随膜厚增加过程中的极值点数目，得到以λ/4为基本单位的整数厚度的膜层；2)当n₁·d₁变化时，dR/d(n₁·d₁)呈周期性变化代之以对时间t进行微分；3)在预设的极值点附近选取合适数目的数据点进行直线拟合，得到最佳直线方程；由端点法确定a的初值，利用一维优化方法搜索a*，用逐次逼近方法，给定初始值a⁽⁰⁾，选取步长h，并逐步调整步长，直至满足：|u(a^(k))‑u(a^(k‑1))|＜ε；4)根据步骤3)确定出的最佳步长h，确定出最佳直线；根据该最佳直线，就能够精确地进行膜层淀积厚度的监控。本发明能够准确监控光学薄膜的膜厚，从而提高光学薄膜的光学性能。

技术领域

本发明涉及光学薄膜加工技术领域，尤其涉及一种光学薄膜的膜厚监控方法。

背景技术

光学薄膜是激光系统的重要组成部分，在激光系统中发挥着重要作用。一方面它是激光系统实现设计指标的基础组成部分,另一方面也是决定系统整体性能、使用寿命和环境稳定性的关键因素。激光器所使用的光学薄膜已经不仅仅是传统的单一波长的高反射率和高透射率薄膜，大多需要满足多波长光谱的透反要求，这给薄膜的设计和制备带来了较大难度。

在制备具有优异性能的光学薄膜时，不单单需要选择合适的制备工艺，优质的原材料，还需要采取相应措施对薄膜厚度加以精确监控。在实际设计过程中，光学薄膜通常是由多膜层构成的，如果某层薄膜光学的厚度一旦出现偏差，就会造成薄膜的实际光谱性能与理论设计出现误差，将使整个薄膜失去应用价值。

目前，普遍采用的膜厚监控方法主要采用光学监控，光学监控是在假设膜层没有吸收的条件下，运用沉积薄膜的反射率或者透射率，随着沉积薄膜厚度的增大而表现出呈周期性极值变化的特性进行监控的方式，也称之为光电极值法。采用光学监控膜厚，临近膜层具有自动补偿特性,使其发展成为截至目前光学薄膜膜厚监控中最为普遍的方法。如图1所示。然而，因为薄膜的反射率在靠近极值的时候，变化比较缓慢，因此光电极值法在极值点附近的灵敏度很低。如图2所示。当使用光电极值法监控薄膜沉积时，反射率在它的极值点附近，对于膜层厚度的改变非常不灵敏，所以，光电极值法具有两个主要缺陷：①极值点的判读精度差；②没有考虑到薄膜整个光谱的光学特性；并且这种监控方式不能精准监控非规整膜系的沉积，需要对其改善。

使用光电极值法监控非规整膜系，因为反射率与薄膜的光学厚度之间存在着非线性关系，非常容易造成计算机的误判,从而影响到制备的光学薄膜的光学性能。因此,应用计算机监控、使用光电极值法的光学薄膜膜厚监控的系统中，准确判读极值点的方法将成为整个系统的关键所在。

同时，随着光学薄膜光学性能要求地不断提高，非规整膜系比规整膜系光谱性能更加优异，客观上要求设计出能够监控任意膜厚的方法。迫切需要进一步提升光学薄膜的监控水平；研究出可以监控任意膜厚的监控方案已经成为了光学薄膜领域急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有光学监控过程中，极值点的判断精度差，容易造成误判，不能精准监控非规整膜系的沉积的问题，提供一种光学薄膜的膜厚监控方法，能够准确监控光学薄膜的膜厚，从而提高光学薄膜的光学性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种光学薄膜的膜厚监控方法，包括如下步骤：

1)利用光电测光法监控膜层的T或者R随膜厚增加过程中的极值点数目，得到以λ/4为基本单位的整数厚度的膜层，其中，单层膜反射率为R，透射率为T，T+R＝1：

式中：n₀为空气折射率；n₁为膜层材料的折射率；n₂为基板的折射率，δ₁为单层膜层的位相厚度；