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光柵光譜儀在膜厚控制中的應(yīng)用

技術(shù)介紹：

光學(xué)零部件的鍍膜是光學(xué)產(chǎn)品中一個(gè)不可或缺的工藝，其可以大大提高光學(xué)零部件的性能，不僅可以提升各類光學(xué)儀器的精度，并且?guī)椭覀儷@得更加優(yōu)異的產(chǎn)品。因此針對(duì)鍍膜工藝的要求也越來(lái)越高，其中膜厚的精確控制是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

目前常用的膜厚控制方法有多種，例如石英晶體振蕩法，單波長(zhǎng)極值法，寬光譜掃描法等方法。寬光譜掃描法可以提供在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)監(jiān)控非規(guī)整膜系，而極值法一般要求膜層為規(guī)整膜層。因此寬光譜掃描方法，開始逐漸應(yīng)用到膜厚控制的應(yīng)用當(dāng)中。

產(chǎn)品應(yīng)用：

寬光譜膜厚控制可以采用垂直光路進(jìn)行透射式或者傾斜光路進(jìn)行反射式的光學(xué)膜厚監(jiān)控。

反射式：

圖1：反射式寬帶膜厚測(cè)試簡(jiǎn)圖

鍍膜時(shí)，因?yàn)檎婵涨粌?nèi)部是一個(gè)明亮環(huán)境，接收信號(hào)光時(shí)會(huì)把雜散光也同時(shí)測(cè)量，從而降低信噪比。因此為了消除雜散光的影響，科學(xué)家們引入斬波器，將信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)斬波器輸出同步信號(hào)觸發(fā)后端的探測(cè)器，從而獲得兩次信號(hào)，1，信號(hào)光+雜散光，2，僅雜散光。因此在監(jiān)控過(guò)程中，可以通過(guò)兩次信號(hào)的相減，有效的去除雜散光。

在接收信號(hào)部分為光纖接口的光柵光譜儀，光譜儀出口接有CCD相機(jī)，可以在短時(shí)間內(nèi)拍攝較寬譜線范圍（幾十至幾百納米范圍）。

透射式：

圖2：透射式寬帶膜厚測(cè)試簡(jiǎn)圖

與反射式類似，斬波器同樣將探測(cè)光調(diào)制成脈沖光，經(jīng)透鏡組將探測(cè)光變?yōu)槠叫泄猓?jīng)待測(cè)樣片后獲得類似透射譜的測(cè)試。*終探測(cè)光由光纖引入到光譜儀進(jìn)行分析。在光路中另一端，經(jīng)過(guò)成像系統(tǒng)，用監(jiān)控相機(jī)可以對(duì)真空腔內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控。

光譜儀部分可以用CCD寬帶采集，也可以用PMT進(jìn)行掃描。兩者各有優(yōu)勢(shì)，CCD可以快速采集寬帶譜線，PMT因?yàn)殪`敏度更高，可以獲得更微弱的信號(hào)變化。

近年來(lái)，隨著工藝的要求，科學(xué)家也開始關(guān)注近紅外區(qū)域的膜厚測(cè)量。

圖3：近紅區(qū)域膜厚監(jiān)控簡(jiǎn)圖

上圖中科學(xué)家使用卓立配套銦鎵砷近紅外探測(cè)器加Omni-λ300i作為前面所說(shuō)的光譜儀系統(tǒng)。用Labview軟件組合成實(shí)時(shí)監(jiān)控膜厚控制系統(tǒng)。

卓立漢光提供光譜全方位光譜采集系統(tǒng)，有PMT（可見波段范圍檢測(cè)），InGaAs（近紅波段范圍探測(cè)）

圖4：卓立光譜儀，PMT及InGaAs探測(cè)器

有CCD為探測(cè)器的光譜儀Omni-λ3008i-iVacN

圖5：卓立Omni-λ3008i-iVacN 與 進(jìn)口深度制冷CCD 完美融合

表1：Omni-λ3008i-iVacN主要技術(shù)參數(shù)

引用文獻(xiàn)：

1. Liang Shaolin, Wang Yongmei, Mao Jinghua, Jia Nan, Shi Entao,Infrared and Laser Engineering, 0417004, 48（2019）
2. EMVA Standard 1288,Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras，2021
3. Wang Shushu, Ping Yiding, Men Jinrui, Zhang Chen, Zhao Changyin，Proc. SPIE 11525, SPIE Future Sensing Technologies, 115252I (2020)