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光柵光譜儀在膜厚控制中的應用

技術介紹：

光學零部件的鍍膜是光學產品中一個不可或缺的工藝，其可以大大提高光學零部件的性能，不僅可以提升各類光學儀器的精度，并且幫助我們獲得更加優異的產品。因此針對鍍膜工藝的要求也越來越高，其中膜厚的精確控制是非常重要的一個環節。

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范圍內監控非規整膜系，而極值法一般要求膜層為規整膜層。因此寬光譜掃描方法，開始逐漸應用到膜厚控制的應用當中。

產品應用：

寬光譜膜厚控制可以采用垂直光路進行透射式或者傾斜光路進行反射式的光學膜厚監控。

反射式：

圖1：反射式寬帶膜厚測試簡圖

鍍膜時，因為真空腔內部是一個明亮環境，接收信號光時會把雜散光也同時測量，從而降低信噪比。因此為了消除雜散光的影響，科學家們引入斬波器，將信號光進行調制，同時斬波器輸出同步信號觸發后端的探測器，從而獲得兩次信號，1，信號光+雜散光，2，僅雜散光。因此在監控過程中，可以通過兩次信號的相減，有效的去除雜散光。

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

透射式：

圖2：透射式寬帶膜厚測試簡圖

與反射式類似，斬波器同樣將探測光調制成脈沖光，經透鏡組將探測光變為平行光，經待測樣片后獲得類似透射譜的測試。*終探測光由光纖引入到光譜儀進行分析。在光路中另一端，經過成像系統，用監控相機可以對真空腔內部進行監控。

光譜儀部分可以用CCD寬帶采集，也可以用PMT進行掃描。兩者各有優勢，CCD可以快速采集寬帶譜線，PMT因為靈敏度更高，可以獲得更微弱的信號變化。

近年來，隨著工藝的要求，科學家也開始關注近紅外區域的膜厚測量。

圖3：近紅區域膜厚監控簡圖

上圖中科學家使用卓立配套銦鎵砷近紅外探測器加Omni-λ300i作為前面所說的光譜儀系統。用Labview軟件組合成實時監控膜厚控制系統。

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

圖4：卓立光譜儀，PMT及InGaAs探測器

有CCD為探測器的光譜儀Omni-λ3008i-iVacN

圖5：卓立Omni-λ3008i-iVacN 與 進口深度制冷CCD 完美融合

表1：Omni-λ3008i-iVacN主要技術參數

引用文獻：

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)