一种高精度光学膜厚控制装置的制作方法

本说明书涉及真空镀膜，尤其涉及一种高精度光学膜厚控制装置。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、光学膜厚控制仪可用于光学真空镀膜系统，包括但不限于蒸发镀膜系统、溅射镀膜系统。通过实时测量光学信号的变化得以监控薄膜的实时厚度，达到高精度优重复性的镀膜效果。

3、常用的光学膜厚控制仪中，入光光纤与出光光纤在真空腔体内与监控片的光路耦合直接影响到膜厚信号的信噪比。已知的耦合方式主要为直接耦合，即入光光纤和出光光纤直接放置在监控片的上方。但这种方式的问题在于，仅有光纤数值孔径所限的少量角度范围内的光量才能经过监控片的反射到达出光光纤，如图5所示，与光纤方向平行的大部分光量未能有效收集。

4、作为改良，可以在入光光纤和出光光纤之间增加透镜结构，如图3和图4所示，这样的方式可以有效提高光量收集效率，但存在的问题是入光和出光之间存在入射角度θ。对于内圈耦合光纤，入射角度θ较小，但对于外圈耦合光纤，入射角度θ较大，大约为8°(根据不同的透镜结构该大小略有差异)，同时由于p偏振光和s偏振光的光学导纳变化趋势不同(p偏振光的光学导纳s偏振光的光学导纳ηs＝y·cosθ，其中y为介质光学导纳)，这将导致介质反射率的变化，从而造成计算上的误差，导致光学膜厚计算不准确。

5、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本说明书的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本说明书的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种高精度光学膜厚控制装置，在不改变光纤耦合效率的情况下，将光路的入射角度抑制到极低的水平，从而减小计算误差，达到更高的光学膜厚控制精度。

2、为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种高精度光学膜厚控制装置，包括：依次设置的光源、传输光纤、分光计、光电信号转换模块和电信号处理模块；所述高精度光学膜厚控制装置用于控制真空腔内的监控片表面膜层的光学膜厚，所述传输光纤和所述监控片之间设有透镜模块；所述传输光纤包括入光光纤和出光光纤，所述光源的光依次通过所述入光光纤、透镜模块传播至所述监控片，从所述监控片反射的光依次通过所述透镜模块、出光光纤传播至所述分光计；所述传输光纤的光纤束整体配置为方形，所述入光光纤和出光光纤至少排列成两排，各排的长度相等；所述分光计具有受光单元，所述分光计用于输出与所述受光单元接收到由所述监控片反射的光时的受光强度相对应的模拟信号；所述光电信号转换模块用于将所述模拟信号转换成数字信号；所述电信号处理模块用于对所述数字信号执行预定的信号处理。

3、作为一种优选的实施方式，所述入光光纤和出光光纤排列成两排，其中一排为所述入光光纤，另一排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于0.6°。

4、作为一种优选的实施方式，所述入光光纤和出光光纤排列成四排，其中位于同一侧的两排为所述入光光纤，位于另一侧的另两排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于1.29°。

5、作为一种优选的实施方式，所述入光光纤和出光光纤排列成六排，其中位于同一侧的三排为所述入光光纤，位于另一侧的另三排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于1.93°。

6、作为一种优选的实施方式，所述入光光纤和出光光纤排列成八排，其中位于同一侧的四排为所述入光光纤，位于另一侧的另四排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于2.57°。

7、作为一种优选的实施方式，所述透镜模块的焦点与所述监控片的表面膜层位于同一平面内。

8、作为一种优选的实施方式，所述透镜模块包括一个双凸透镜。

9、作为一种优选的实施方式，所述双凸透镜的一个凸面面对所述传输光纤，另一个凸面面对所述监控片。

10、作为一种优选的实施方式，所述透镜模块包括两个平凸透镜。

11、作为一种优选的实施方式，两个所述平凸透镜的凸面相面对，其中一个所述平凸透镜的平面面对所述传输光纤，另一个所述平凸透镜的平面面对所述监控片。

12、有益效果：

13、本实施方式所提供的高精度光学膜厚控制装置，通过改善传输光纤与监控片之间的耦合方式，在传输光纤与监控片之间增设透镜模块，以增加出光光纤与入光光纤之间的耦合效率，能有效增加进入到出光光纤的光量，进而提高光学膜厚控制装置的信噪比，以获得更高信噪比的光学膜厚信号。还有，传输光纤的光纤束整体配置为方形，而不是圆形，可以避免圆形排布时外圈入射角度较大的问题。综上，该高精度光学膜厚控制装置在不改变光纤耦合效率的情况下，将光路的入射角度抑制到极低的水平，从而减小计算误差，达到更高的光学膜厚控制精度。

14、参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。

15、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

16、应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

技术特征：

1.一种高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，包括：依次设置的光源、传输光纤、分光计、光电信号转换模块和电信号处理模块；

2.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述入光光纤和出光光纤排列成两排，其中一排为所述入光光纤，另一排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于0.6°。

3.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述入光光纤和出光光纤排列成四排，其中位于同一侧的两排为所述入光光纤，位于另一侧的另两排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于1.29°。

4.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述入光光纤和出光光纤排列成六排，其中位于同一侧的三排为所述入光光纤，位于另一侧的另三排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于1.93°。

5.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述入光光纤和出光光纤排列成八排，其中位于同一侧的四排为所述入光光纤，位于另一侧的另四排为所述出光光纤，入光和出光之间的入射角度小于2.57°。

6.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述透镜模块的焦点与所述监控片的表面膜层位于同一平面内。

7.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述透镜模块包括一个双凸透镜。

8.根据权利要求7所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述双凸透镜的一个凸面面对所述传输光纤，另一个凸面面对所述监控片。

9.根据权利要求1所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，所述透镜模块包括两个平凸透镜。

10.根据权利要求9所述的高精度光学膜厚控制装置，其特征在于，两个所述平凸透镜的凸面相面对，其中一个所述平凸透镜的平面面对所述传输光纤，另一个所述平凸透镜的平面面对所述监控片。

技术总结
本申请公开一种高精度光学膜厚控制装置，用于控制真空腔内的监控片表面膜层的光学膜厚，包括依次设置的光源、传输光纤、分光计、光电信号转换模块和电信号处理模块。传输光纤和监控片之间设有透镜模块。传输光纤包括入光光纤和出光光纤，光源的光依次通过入光光纤、透镜模块传播至监控片，从监控片反射的光依次通过透镜模块、出光光纤传播至分光计；传输光纤的光纤束整体配置为方形，入光光纤和出光光纤至少排列成两排，各排的长度相等。分光计用于输出与受光单元接收到由监控片反射的光时的受光强度相对应的模拟信号。在不改变光纤耦合效率的情况下，将光路的入射角度抑制到极低的水平，从而减小计算误差，达到更高的光学膜厚控制精度。

技术研发人员：郑炳蔚,姜友松,王怀民,顾康鑫
受保护的技术使用者：安徽其芒光电科技有限公司
技术研发日：20230721
技术公布日：2024/1/15