光栅光谱仪在膜厚控制中的应用

技术介绍：

光学零部件的镀膜是光学产品中一个不可或缺的工艺，其可以大大提高光学零部件的性能，不仅可以提升各类光学仪器的精度，并且帮助我们获得更加优异的产品。因此针对镀膜工艺的要求也越来越高，其中膜厚的精确控制是非常重要的一个环节。

目前常用的膜厚控制方法有多种，例如石英晶体振荡法，单波长极值法，宽光谱扫描法等方法。宽光谱扫描法可以提供在较宽波长范围内监控非规整膜系，而极值法一般要求膜层为规整膜层。因此宽光谱扫描方法，开始逐渐应用到膜厚控制的应用当中。

产品应用：

宽光谱膜厚控制可以采用垂直光路进行透射式或者倾斜光路进行反射式的光学膜厚监控。

反射式：

图1：反射式宽带膜厚测试简图

镀膜时，因为真空腔内部是一个明亮环境，接收信号光时会把杂散光也同时测量，从而降低信噪比。因此为了消除杂散光的影响，科学家们引入斩波器，将信号光进行调制，同时斩波器输出同步信号触发后端的探测器，从而获得两次信号，1，信号光+杂散光，2，仅杂散光。因此在监控过程中，可以通过两次信号的相减，有效的去除杂散光。

在接收信号部分为光纤接口的光栅光谱仪，光谱仪出口接有CCD相机，可以在短时间内拍摄较宽谱线范围（几十至几百纳米范围）。

透射式：

图2：透射式宽带膜厚测试简图

与反射式类似，斩波器同样将探测光调制成脉冲光，经透镜组将探测光变为平行光，经待测样片后获得类似透射谱的测试。*终探测光由光纤引入到光谱仪进行分析。在光路中另一端，经过成像系统，用监控相机可以对真空腔内部进行监控。

光谱仪部分可以用CCD宽带采集，也可以用PMT进行扫描。两者各有优势，CCD可以快速采集宽带谱线，PMT因为灵敏度更高，可以获得更微弱的信号变化。

近年来，随着工艺的要求，科学家也开始关注近红外区域的膜厚测量。

图3：近红区域膜厚监控简图

上图中科学家使用卓立配套铟镓砷近红外探测器加Omni-λ300i作为前面所说的光谱仪系统。用Labview软件组合成实时监控膜厚控制系统。

卓立汉光提供光谱全方位光谱采集系统，有PMT（可见波段范围检测），InGaAs（近红波段范围探测）

图4：卓立光谱仪，PMT及InGaAs探测器

有CCD为探测器的光谱仪Omni-λ3008i-iVacN

图5：卓立Omni-λ3008i-iVacN 与 进口深度制冷CCD 完美融合

表1：Omni-λ3008i-iVacN主要技术参数

引用文献：

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)