[发明专利]一种行星转动镀膜装置的均匀性模拟和测试方法

说明书

本发明涉及光学镀膜技术领域，尤其是一种行星转动镀膜装置的均匀性模拟和测试方法，该方法在已知蒸发源和行星夹具结构的条件下，可实现对真空镀膜均匀性的准确模拟，以及对镀膜均匀性的快速优化。将蒸发源视作具有一定倾斜角度的大口径平面靶，膜料通过物理或化学气相沉积，在平面行星夹具的基底材料表面形成薄膜，首先测试夹具在任一高度下的镀膜均匀性，再通过模拟计算来确定蒸发源的蒸发特性，进而以模拟方法来确定出夹具的最佳位置，最后按模拟的最佳位置对均匀性进行第二次实际测试。该方法避免了在镀膜均匀性测试过程中反复多次调节结构位置，仅需根据模拟和计算，便能确定镀膜均匀性的最佳位置，具有简便快捷、操作性强的优点。

技术领域

本发明涉及光学镀膜技术领域，尤其涉及一种行星转动镀膜装置的均匀性模拟和测试方法。

背景技术

光学薄膜制备技术是光学应用领域的重要组成部分，现代光学系统高精度、高分辨率和大通光口径的发展方向，对光学薄膜的性能赋予了越来越高的要求，均匀性是光学薄膜的基本要求，是保证光学元件性能的基本条件。

膜层厚度均匀性受到许多因素的影响，最主要的因素包括蒸发源的发射特性、蒸发源与被镀件的相对位置，以及被镀件的形状等，目前，采用行星夹具或设计修正挡板是提高光学薄膜均匀性的常见方法，膜厚分布理论计算中，一般将蒸发源视作点源或者面源，用cosⁿ(φ)来表征蒸发源的发射分布特性。由于镀膜装置空间结构排布以及实际蒸发源或溅射靶材发射特性的复杂性，对镀膜均匀性的准确模拟带来了一定困难，实际均匀性测试时，往往经过反复的调整和验证。因此，对实际镀膜装置构建准确的模型，测试实验和计算模拟结合分析，对于优化和提高膜厚均匀性非常重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种行星转动镀膜装置的均匀性模拟和测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种行星转动镀膜装置的均匀性模拟和测试方法，测试方法如下：

第一步，测试行星夹具在任一高度下的镀膜厚度分布，在确定蒸发源和行星夹具的空间位置后，将光学测试片安装于某一空间高度，进行镀膜均匀性测试，分析测试得到夹具上不同自转半径的薄膜厚度分布。

第二步，建立真空镀膜过程的数学结构模型，模拟夹具上的镀膜厚度分布，确定蒸发源的蒸发特性参数n。

将蒸发源视作具有一定倾斜角度的大口径平面靶，膜料经热蒸发或离子轰击，在平面行星夹具的基底材料表面形成光学薄膜，行星夹具公转平面到xz水平面的高度为H，行星夹具中心到公转轴距离为L，靶面中心的三维直角坐标为P(x0，y0,0)，靶面在基底表面沉积的膜厚可视作一系列小面元在基底表面形成的膜厚的叠加，基底表面沉积的膜厚分布式为

其中，R0为靶面半径，A(ρ’，β’)为靶面上任一点，B(ρ，β)为行星夹具上的任一点，为靶面面元到沉积位置的矢量，σ为靶面的面密度，μ为靶材膜料的体密度，φ为与靶面法线的夹角，θ为与沉积面法线的夹角，α为公转时夹具中心的方向角，φ和θ两个角度随行星运动发生变化，考虑自转时，基底表面沉积厚度式修正为

再考虑公转，沉积厚度式进一步修正为

通过上式可计算一定夹具高度下的沉积膜厚随自转半径的分布，在计算时通过调整蒸发特性参数n，拟合出与实验结果最接近的均匀性分布曲线，以确定蒸发源的实际的发射特性参数n。

第三步，模拟夹具在不同位置下的均匀性曲线，确定均匀性最佳时的夹具位置。

第四步，根据模拟的最佳位置，对均匀性进行第二次实际测试，并与模拟的均匀性曲线进行比对。

优选的，靶面为大口径平面靶，靶面可具有大角度的倾斜。