一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的性能修正【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法。本發(fā)明通過對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜膜系結(jié)構(gòu)的保護膜層物理厚度進行修正，實現(xiàn)對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移修正的目的。本發(fā)明分別針對反射相移的正方向補償和負方向補償，其通過使用離子束刻蝕方法對保護膜的減薄，實現(xiàn)反射相移的負方向補償，使用離子束濺射沉積技術(shù)對保護膜增厚，實現(xiàn)反射相移的正方向補償。通過上述實施方案，可實現(xiàn)高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的正向或反向修正，滿足對相移指標的特定要求，而且在相移修正過程中不會對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的表面造成任何損傷。
【專利說明】一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的性能修正【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)薄膜技術(shù)研究領(lǐng)域，人們更關(guān)注于光學(xué)薄膜的振幅調(diào)制特性，如反射率、透射率和吸收率等，典型的薄膜有增透膜、高反膜、帶通濾光薄膜、分光薄膜等，薄膜的相移特性往往不是設(shè)計和表征的重點。近年來，隨著飛秒脈沖激光、寬帶光通信技術(shù)以及相干光醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)的快速發(fā)展，對光學(xué)元件的色散特性要求越來越高，薄膜元件以其插入損耗小、利于集成化等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用到色散增強和色散補償?shù)阮I(lǐng)域中。因此，精確調(diào)控光學(xué)薄膜的相移特性成為國內(nèi)外研究的熱點。
[0003]高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜是現(xiàn)代激光與光學(xué)系統(tǒng)中重要的薄膜之一，如在環(huán)形激光陀螺諧振器中，由于高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的反射特性決定了諧振腔內(nèi)的偏振態(tài)運轉(zhuǎn)，不僅需求高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的反射率達到99.995%以上，而且對反射相移的要求也要滿足環(huán)形激光陀螺的設(shè)計要求。
[0004]高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的反射相移與其它光學(xué)指標一樣，由薄膜的膜系結(jié)構(gòu)、中心波長、工作角度、膜系光學(xué)厚度的制備誤差所決定。其中工作角度在膜系結(jié)構(gòu)設(shè)計時所決定，反射相移的控制一般通過控制膜系結(jié)構(gòu)中光學(xué)厚度的精確度，中心波長的定位精確度來實現(xiàn)。目前精確控制反射相移通過薄膜厚度在線監(jiān)控和修正完成，主要有晶體振動頻率控厚、單波長光學(xué)監(jiān)控(反射式和透射式)、寬光譜監(jiān)控、高穩(wěn)定功率-時間監(jiān)控四種方式。但是在制備過程中，由于薄膜制備工藝條件的波動，產(chǎn)生的隨機誤差會對反射相移產(chǎn)生較大的影響。當高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜制備完成后，反射相移特性就已經(jīng)由鍍膜工藝過程所決定，如何鍍膜后對反射相移的修正變得尤為重要。
[0005]目前國內(nèi)外還沒有關(guān)于高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移修正研究的相關(guān)報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法，所述修正方法包括如下步驟:
[0010]步驟51:設(shè)置離子源濺射薄膜的參數(shù)，參數(shù)設(shè)置范圍包括:離子束濺射電壓10007?13007、離子束濺射電流500—?800—、中和器發(fā)射電流600—?1000—，氧氣流量 10800111 ?40800111 ；
[0011]步驟52:利用上述的參數(shù)完成高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的基本膜系‘基底/(? 1)、21/空氣’的制備，完成后利用橢圓偏振儀測量反射相移8 (° )；
[0012]步驟33:假設(shè)設(shè)計要求的反射相移為8。，計算需要修正的相移量八=6 - 6。；
[0013]步驟34:當八〉0時，利用離子束濺射沉積參數(shù)，再分別沉積保護膜11、12、…、1?秒，其中II為? 1的正整數(shù)，利用橢圓偏振儀測量不同時間下反射相移分別為5 1、8 2、…、3 II，其中II為? 1的正整數(shù)，貝1]相應(yīng)時間下相移的正向修正量分別為51— 8 0、82 —6 0、…、6 = — 6 0，其中II為彡1的正整數(shù)，利用最小二乘法擬合計算出正向修正速率XX ；
[0014]當八〈0時，設(shè)置刻蝕離子源濺射的參數(shù)，參數(shù)設(shè)置范圍包括:離子束濺射電壓800乂?10007、離子束派射電流100-?3001^、中和器發(fā)射電流100-?400-,氧氣流量10800111?408“111 ；利用該參數(shù)分別對保護膜進行刻蝕II’、12’、…、IV秒，其中II為彡1的正整數(shù)，利用橢圓偏振儀測量不同刻蝕時間下反射相移分別為8 1’、62’、…、6?。　?，其中II為? 1的正整數(shù)，貝1]相應(yīng)時間下相移的反向修正量分別為30— 8 1’、8 0 — 8 2’、…、60— 8??！’，其中!!為彡1的正整數(shù)，利用最小二乘法擬合計算出正向修正速率77 ；
[0015]步驟35:若待修正高反膜的反射相移為8 ’，要求值為6 0時，相移修正量為八=
I 8’ -6 0 |，則正向修正時間為X:八八乂，反向修正時間為7 =
[0016]由此實現(xiàn)對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移正向和反向的修正。
[0017](三)有益效果
[0018]本發(fā)明通過對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜膜系結(jié)構(gòu)的保護膜層物理厚度進行修正，實現(xiàn)對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移修正的目的。
[0019]本發(fā)明分別針對反射相移的正方向補償和負方向補償，其通過使用離子束刻蝕方法對保護膜的減薄，實現(xiàn)反射相移的負方向補償，使用離子束濺射沉積技術(shù)對保護膜增厚，實現(xiàn)反射相移的正方向補償
[0020]通過上述實施方案，可實現(xiàn)高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的正向或反向修正，滿足對相移指標的特定要求，而且在相移修正過程中不會對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的表面造成任何損傷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為高反射膜相移修正技術(shù)流程圖。
[0022]圖2為高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的基本膜系結(jié)構(gòu)。
[0023]圖3為高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移曲線。
[0024]圖4為保護膜不同增鍍時間的反射相移曲線(1 0 = 632.811111)。
[0025]圖5為保護膜不同刻蝕時間的反射相移曲線(1 0 = 632.811111)。
[0026]圖6為保護膜離子束濺射增鍍前的薄膜表面形貌測試。
[0027]圖7為保護膜離子束濺射增鍍后的薄膜表面形貌測試。
[0028]圖8為保護膜離子束濺射刻蝕前的薄膜表面形貌測試。
[0029]圖9為保護膜離子束濺射刻蝕后的薄膜表面形貌測試。

【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0031]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法，如圖2所示，鑒于高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的基本膜系結(jié)構(gòu)為基底/(? 1)? ！！ 217空氣，主要包括基底、高折射率膜層(?層)，低折射率膜層仏層)，兩層的物理厚度士和 ?，膜層堆數(shù)基本的光學(xué)厚度為入/4，！?。榛灸ざ?? 1)的重復(fù)次數(shù)，III的取值決定于對激光反射率的要求。反射薄膜的制備過程采用離子束濺射沉積技術(shù)，鍍膜后的反射相移通過橢圓偏振儀測量，本發(fā)明針對21層的物理厚度進行反射相移修正。圖1為其實現(xiàn)的技術(shù)流程圖。
[0032]所述修正方法包括如下步驟:
[0033]步驟51:設(shè)置離子源濺射薄膜的參數(shù)，主要參數(shù)設(shè)置范圍包括:離子束濺射電壓10007?13007、離子束濺射電流500—?800—、中和器發(fā)射電流600—?1000—，氧氣流量 10800111 ?40800111 ；
[0034]步驟52:利用上述的參數(shù)完成高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的基本膜系‘基底/(? 1)、21/空氣’的制備，完成后利用橢圓偏振儀測量反射相移8 (° )；
[0035]步驟33:假設(shè)設(shè)計要求的反射相移為8。，計算需要修正的相移量八=6 - 6。；
[0036]步驟34:當八〉0時，利用離子束濺射沉積參數(shù)，再分別沉積保護膜11、12、…、1?秒，其中II為? 1的正整數(shù)，利用橢圓偏振儀測量不同時間下反射相移分別為3 1、8 2、…、3 II，其中II為? 1的正整數(shù)，貝1]相應(yīng)時間下相移的正向修正量分別為51— 8 0、82 —6 0、…、6 = — 6 0，其中II為彡1的正整數(shù)，利用最小二乘法擬合計算出正向修正速率XX ；
[0037]當八〈0時，設(shè)置刻蝕離子源濺射的參數(shù)，主要參數(shù)設(shè)置范圍包括:離子束濺射電壓8007?10007、離子束派射電流100-?3001^、中和器發(fā)射電流100-?400-,氧氣流量?408“111 ；利用該參數(shù)分別對保護膜進行刻蝕11 ’、12’、…、1?’秒，其中II為彡1的正整數(shù)，利用橢圓偏振儀測量不同刻蝕時間下反射相移分別為8 1’、62’、…、6??！’，其中II為? 1的正整數(shù)，貝1]相應(yīng)時間下相移的反向修正量分別為30— 8 1’、8 0 — 8 2’、…、60— 8！！’，其中!!為彡1的正整數(shù)，利用最小二乘法擬合計算出正向修正速率77 ；
[0038]步驟35:若待修正高反膜的反射相移為8 ’，要求值為6 0時，相移修正量為八=
I 8’ -6 0 |，則正向修正時間為X:八八乂，反向修正時間為7 =
[0039]由此實現(xiàn)對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移正向和反向的修正。
[0040]下面結(jié)合具體實施例來詳細描述本發(fā)明。
[0041]實施例1
[0042]高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移正向和反向修正速率標定:
[0043]1)離子源濺射薄膜的參數(shù)為離子束濺射電壓12507、離子束濺射電流650！^、中和器發(fā)射電流900—，氧氣流量258“111 ；
[0044]2)首先利用離子束濺射沉積技術(shù)完成對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的膜系結(jié)構(gòu)的沉積，高折射率材料為％205、低折射率材料為3102，！11 = 15，中心波長為\。= 632.811%膜層厚度監(jiān)控為時間-功率模式；
[0045]3)設(shè)置!I層沉積時間為231.4秒，[層沉積時間為448.9秒，保護層沉積時間為897.8 秒；
[0046]4)利用美國了.八.10011^111公司#32型可變?nèi)肷浣嵌葯E圓偏振儀對制備好的高反射薄膜反射相移進行測量，在入。=632.811111處反射相移為180.1°，參閱圖3 ；
[0047]5)使用步驟1的參數(shù)分別進行薄膜增鍍10、20、30、40和50秒實驗；利用上述橢圓偏振儀測量反射相移，測得X。= 632.811111處反射相移分別為179.11,178.05,176.81,175.92 和 174.83，參閱圖 4 ；
[0048]6)利用最小二乘法擬合出正向修正速率為XX = 0.1069。卜；
[0049]7)刻蝕離子源的參數(shù)為:離子束濺射電壓9007、離子束濺射電流150-、中和器發(fā)射電流225111^、氧氣流量258(3(3111 ；
[0050]8)使用步驟7的參數(shù)分別進行薄膜刻蝕50、60、70、80和90秒實驗；利用上述橢圓偏振儀測量反射相移，測得入。=632.811111處反射相移分別為182.38,182.91183.33、183.82 和 184.41，參閱圖 5 ；
[0051]9)利用最小二乘法擬合出反向修正速率為77 = 0.0497。
[0052]實施例2
[0053]檢查高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移修正效果:
[0054]1)離子源濺射薄膜的參數(shù)為離子束濺射電壓12507、離子束濺射電流650！^、中和器發(fā)射電流900—，氧氣流量258“111 ；
[0055]2)首先利用離子束濺射沉積技術(shù)完成對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的膜系結(jié)構(gòu)的沉積，高折射率材料為％205、低折射率材料為3102，！11 = 15，中心波長為\。= 632.811%膜層厚度監(jiān)控為時間-功率模式；
[0056]3)設(shè)置!I層沉積時間為231.4秒，[層沉積時間為448.9秒，保護層沉積時間為850 秒；
[0057]4)利用橢圓偏振儀對制備好的高反射薄膜反射相移進行測量，在入。=632.811111處反射相移為184.91° ；
[0058]5)按相移要求值為180。進行計算，正向修正時間為X ==4.91° /0.1069° /8 = 45.98:
[0059]6)使用步驟1的參數(shù)進行薄膜增鍍45.9秒；
[0060]7)利用橢圓偏振儀對修正后的高反射薄膜反射相移進行測量，測得反射相移為180.04°，與要求值偏差較小，達到了修正效果；在增鍍前后利用使用奧林巴斯金相顯微鏡對高反射薄膜表面進行觀察，放大倍率為10(^,結(jié)果表明表面無明顯變化，缺陷在增鍍后數(shù)量也并無增加現(xiàn)象。
[0061]實施例3
[0062]檢查高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移修正效果:
[0063]1)離子源濺射薄膜的參數(shù)為離子束濺射電壓12507、離子束濺射電流650！^、中和器發(fā)射電流900—，氧氣流量258“111 ；
[0064]2)首先利用離子束濺射沉積技術(shù)完成對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的膜系結(jié)構(gòu)的沉積，高折射率材料為％205、低折射率材料為3102，！11 = 15，中心波長為\。= 632.811%膜層厚度監(jiān)控為時間-功率模式；
[0065]3)設(shè)置!I層沉積時間為231.4秒，[層沉積時間為448.9秒，保護層沉積時間為950 秒；
[0066]4)利用橢圓偏振儀對制備好的聞反射薄膜反射相移進行測量，在^ = 632.811111處反射相移為175.22° ；
[0067]5)按相移要求值為180。進行計算，反向修正時間7 =八/77 =4.78° /0.0497° /8 = 96.28 ；
[0068]6)刻蝕離子源的參數(shù)為:離子束濺射電壓9007、離子束濺射電流150-、中和器發(fā)射電流225—、氧氣流量258(^111 ；對待修正高反射薄膜樣品進行刻蝕96.2秒；
[0069]7)利用橢圓偏振儀對修正后的高反射薄膜反射相移進行測量，測得反射相移為180.06°，與要求值偏差較小，達到了修正效果；在增鍍前后利用使用奧林巴斯金相顯微鏡對高反射薄膜表面進行觀察，放大倍率為10(^,結(jié)果表明表面無明顯變化，缺陷在增鍍后數(shù)量也并無增加現(xiàn)象。
[0070]前后具體效果對比請參見附圖6至圖9。
[0071]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移的修正方法，其特征在于，所述修正方法包括如下步驟: 步驟S1:設(shè)置離子源濺射薄膜的參數(shù)，參數(shù)設(shè)置范圍包括:離子束濺射電壓100V?1300V、離子束濺射電流500mA?800mA、中和器發(fā)射電流600mA?1000mA，氧氣流量1sccm ?40sccm ； 步驟S2:利用上述的參數(shù)完成高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜的基本膜系‘基底/ (HL) ~mH 2L/空氣’的制備，完成后利用橢圓偏振儀測量反射相移S (° ); 步驟S3:假設(shè)設(shè)計要求的反射相移為Sci，計算需要修正的相移量Λ = S-Sci; 步驟S4:當Λ>0時，利用離子束濺射沉積參數(shù)，再分別沉積保護膜Τ1、Τ2、...、Τη秒，其中η為> I的正整數(shù)，利用橢圓偏振儀測量不同時間下反射相移分別為δ1、δ2、…、δη，其中η為> I的正整數(shù),貝U相應(yīng)時間下相移的正向修正量分別為δ? — δ 0> δ 2 — δ0、…、δη - δ0，其中η為彡I的正整數(shù)，利用最小二乘法擬合計算出正向修正速率χχ ; 當Λ〈O時，設(shè)置刻蝕離子源濺射的參數(shù)，參數(shù)設(shè)置范圍包括:離子束濺射電壓800V?1000V、離子束濺射電流10mA?300mA、中和器發(fā)射電流10mA?400mA，氧氣流量1sccm?40sccm ;利用該參數(shù)分別對保護膜進行刻蝕Tl’、T2’、…、Τη’秒，其中η為彡I的正整數(shù)，利用橢圓偏振儀測量不同刻蝕時間下反射相移分別為δ I’、δ2’、...、δη’，其中η為> I的正整數(shù)，貝U相應(yīng)時間下相移的反向修正量分別為δ0— δ?’、δ O — δ2’、…、δ0 — δ η’，其中η為彡I的正整數(shù)，利用最小二乘法擬合計算出正向修正速率yy ； 步驟S5:若待修正高反膜的反射相移為δ’，要求值為δ O時，相移修正量為Λ =I δ’-δο I ,則正向修正時間為X= Δ/xx，反向修正時間為y = Δ/yy ； 由此實現(xiàn)對高反射光學(xué)介質(zhì)薄膜反射相移正向和反向的修正。
【文檔編號】G02B5/08GK104330844SQ201410720578
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】季一勤, 劉華松, 宗杰, 劉丹丹, 王利栓, 姜玉剛, 趙馨, 姜承慧 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所