一种用于大口径光学薄膜元件制备的真空镀膜机的制作方法

本发明涉及真空镀膜机的技术领域，具体涉及一种用于大口径光学薄膜元件制备的真空镀膜机。

背景技术

随着科学技术的发展，光学系统设计日益精密，光学元件口径也越来越大。通常必须在大口径光学元件表面镀制具有特殊设计的光学薄膜，提高光学元件的性能来满足光学系统的性能需求。真空镀膜技术具有简单便利、操作容易、成膜速度快、膜层质量高等特点，是光学薄膜制备中最为广泛使用的技术。

对于大口径光学薄膜元件制备，国内外真空镀膜机主要配置行星旋转夹具系统(j.b.oliver,"analysisofaplanetary-rotationsystemforevaporatedopticalcoatings,"appl.opt.,55(2016),8550-8555)。真空镀膜机的行星旋转夹具系统，通常是公转半径固定，且公转半径大于或者等于真空镀膜室半径的二分之一。如此配置的真空镀膜机使得能完成真空镀膜的光学元件尺寸严重受限。以真空室直径800mm的真空镀膜机为例，当行星旋转夹具系统水平放置时，最大只能完成口径为400mm的光学薄膜元件制备。为实现口径为650mm的光学薄膜元件制备，上述真空镀膜机配置至少需要直径为1300mm的真空室。如此配置真空镀膜室容积急剧增大，获得高真空镀膜环境成本明显提高，另外光学薄膜原材料消耗势必增加，同时真空镀膜机制备和日常维护的难度也将增加。因此，设定真空镀膜室直径后，需要更加简便可行的方法来实现口径大于真空镀膜室半径的光学薄膜元件制备。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种用于大口径光学薄膜元件制备的真空镀膜机，能够实现光谱均匀性良好、尺寸大于真空镀膜室半径的大口径光学薄膜元件制备。

本发明的技术解决方案是，一种用于大口径光学薄膜元件制备的真空镀膜机，该真空镀膜机包括：真空模块、蒸发源模块、薄膜厚度/速度监控模块、温度控制模块和特殊设计的行星旋转夹具模块；真空模块通过真空管道连接到真空镀膜室，实现真空环境镀膜；蒸发源模块位于真空镀膜室底部，实现薄膜材料的蒸发镀膜；薄膜厚度/速度监控模块位于真空镀膜室内部，实现真空镀膜时薄膜工艺参数控制；温度控制模块在真空镀膜室内，实现薄膜制备过程中真空镀膜室温度监控。

所述特殊设计的行星旋转夹具模块，位于真空镀膜室顶部，用于大口径光学薄膜元件夹持，行星旋转夹具的公转半径r1可调；设定行星旋转夹具的公转半径r1和真空镀膜室半径r2后，该真空镀膜机能够制备最大口径为d＝2(r2-r1)的光学薄膜元件；尤其，在r1<r2/2时，可制备光学薄膜元件的最大口径d大于真空镀膜室半径r2，这是常规真空镀膜机不能实现的。

通常真空镀膜过程中，大口径光学薄膜元件上沉积的光学薄膜厚度分布均匀性较差，严重影响大口径光学薄膜元件的光谱均匀性。本发明在蒸发源模块和大口径光学薄膜元件间配置修正挡板模块，通过选择性遮挡热蒸发薄膜材料，实现真空镀膜过程中大口径光学薄膜元件上光学薄膜厚度分布均匀性优化。

所述大口径光学薄膜元件的镀膜面可以是平面或者曲面。

所述行星旋转夹具可以是水平或者倾斜配置。

所述修正挡板模块可以选用位置固定的或者旋转运动的修正挡板。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明配备特殊设计的行星旋转夹具模块，行星旋转夹具的公转半径可调。发明公开的真空镀膜机不仅能够制备小尺寸光学薄膜元件，而且可以实现尺寸大于真空镀膜室半径的大口径光学薄膜元件制备，这是常规真空镀膜机不能完成的。

(2)本发明配备修正挡板模块，优化光学薄膜元件上厚度分布，提高光学薄膜元件光谱均匀性。

(3)本发明配备特殊设计的行星旋转夹具模块和修正挡板模块，灵活运用真空镀膜机内的镀膜空间，显著提高真空镀膜机的产率。

附图说明

图1为本发明公开的真空镀膜机配置示意图；

图2为本发明公开的使用直径为800mm的真空镀膜室制备口径为600mm的光学薄膜元件，在使用修正挡板前后，大口径光学薄膜元件上厚度分布结果；

图3为本发明公开的使用直径800mm的真空镀膜室制备600mm口径的大尺寸光学薄膜元件时，用于大口径光学薄膜元件上厚度分布优化的修正挡板形状和尺寸。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明实施例包括：真空模块1、蒸发源模块2、薄膜厚度/速度监控模块3、温度控制模块4和特殊配置的行星旋转夹具模块5。其中，真空模块1通过真空管道连接到真空镀膜室6，实现真空环境镀膜；蒸发源模块2位于真空镀膜室6底部，实现薄膜材料的热蒸发镀膜；薄膜厚度/速度监控模块3位于真空镀膜室6内部，实现真空镀膜时薄膜工艺参数控制；温度控制模块4在真空镀膜室6内，实现薄膜制备过程中真空镀膜室6温度监控；所述特殊配置的行星旋转夹具模块5，位于真空镀膜室6顶部，用于大口径光学薄膜元件7夹持，行星旋转夹具的公转半径r1可调；设定行星旋转夹具的公转半径r1和真空镀膜室6半径r2后，该真空镀膜机能够制备最大口径为d＝2(r2-r1)的光学薄膜元件7；尤其，在r1<r2/2时，可制备光学薄膜元件7的最大口径d将大于真空镀膜室6半径r2，这是常规真空镀膜机不能实现的。

通常真空镀膜过程中，大口径光学薄膜元件7上沉积的光学薄膜厚度分布均匀性较差，严重影响大口径光学薄膜元件7的光谱均匀性。本发明在蒸发源模块2和大口径光学薄膜元件7间配置修正挡板模块8，通过选择性遮挡热蒸发薄膜材料，实现真空镀膜过程中大口径光学薄膜元件7上光学薄膜厚度分布均匀性优化。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

以直径800mm的真空镀膜机为例，设定真空镀膜机行星旋转夹具的公转半径r1＝75mm，那么在行星夹具无倾斜装配的情况下，该真空镀膜机最大能制备口径为650mm的平面光学元件。本实施例中研究的平面光学元件的口径为600mm，将平面光学元件无倾斜装配到真空镀膜机行星旋转系统上，平面光学元件与蒸发源的垂直距离为700mm，并在平面光学元件正下方垂直距离50mm位置处安装优化设计的修正挡板，修正挡板的形状和尺寸如图2所示。分析了使用修正挡板前后，平面光学元件径向上薄膜厚度分布，结果如图3所示。由图3可知，使用本发明设计的修正挡板能使口径600mm的平面光学元件上薄膜厚度均匀性由最初的86.6％提高到99.4％。

另外，对于离子束溅射、磁控溅射等物理气相沉积真空镀膜工艺而言，蒸发或溅射的薄膜材料在真空环境中传输、沉积形成薄膜过程和热蒸发真空镀膜工艺一样。因此，在离子束溅射、磁控溅射等物理气相沉积真空镀膜工艺中，使用本发明所述方法改进真空镀膜机也同属于本发明的保护范围。

总之，本发明改进真空镀膜机行星旋转夹具配置，通过调节行星旋转夹具的公转半径，实现大口径光学薄膜元件制备；并在蒸发源与光学元件间配备修正挡板，通过优化修正挡板形状和尺寸，实现大口径光学元件上薄膜厚度分布优化，提高大口径光学元件上薄膜光谱性能均匀性。本发明公开一种用于大口径光学薄膜元件制备的真空镀膜机，操作简便，可靠性高。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。