宽光谱监控薄膜生长系统的研制

论文摘要

在光学薄膜器件的制备过程中,薄膜厚度是实现器件特性的最重要的参数,薄膜制备的成功与否取决于在薄膜生长过程中能否对各层薄膜的光学厚度进行精确的测量和控制。镀膜工艺经过一百多年的发展,产生了很多膜厚监控方法,如光电极值法、波长调制法、偏振光分析法、石英晶振法、单波长极值监控法、宽光谱监控法等。随着高密度线阵列和面阵列探测器的发展,光谱仪的波长扫描探测时间越来越短,分辨率越来越高,促使宽光谱光学监控法能被用于薄膜生长的动态光谱特性的实时监控,包括测量薄膜光谱的带宽和峰值等变化规律,不仅可监控常规1/4波长特征的薄膜器件制备过程,还可监控非1/4波长厚度薄膜器件的生长特性,因此宽光谱监控法引起了人们高度的重视[1-12]。在本论文工作中,开展了宽光谱监控薄膜生长系统的研究和应用。本文首先回顾了光学薄膜制备原理和工艺的发展史,介绍了目前在科研和生产领域常用的监控方法,如薄膜淀积和膜厚监控等方法,对光学薄膜的设计和监控的原理、真空技术,以及各种薄膜生长方法进行了比较和介绍。其次,论文对宽光谱监控的原理、实验系统的组成、数据采集、信噪比处理、计算机自动停判算法的研究和实现系统的软件控制等问题作了详细讨论。在实验中,采用了本实验室研制的多光栅高分辨率快速光谱仪作为分光系统,确保了在薄膜生长过程中实时快速获取薄膜的光谱数据,成功地实现了对窄带通薄膜滤光片生长的监控。利用VC++环境开发了相应的系统控制软件,以及采用多线程技术,使得软件控制界面、数据采集、数据处理以及数据保存等功能被一体化集成在一起。此外,还研究了多种信号噪声处理算法和膜厚生长控制算法,使得对薄膜厚度的测量和判断更为准确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光学薄膜的制备历史
• 1.2 镀膜方法
• 1.3 薄膜生长监控技术
• 1.4 本论文的工作目的和意义
• 第二章 光学薄膜技术
• 2.1 光学薄膜设计的基本原理
• 2.2 光学薄膜的生长技术
• 2.2.1 真空环境与真空设备
• 2.2.2 光学薄膜生长的技术和方法
• 第三章 宽光谱光学镀膜监控系统
• 3.1 基本原理
• 3.2 系统装置
• 3.3 镀膜监控流程
• 3.4 数据处理
• 3.4.1 均值滤波和中值滤波方法
• 3.4.2 傅里叶频谱域滤波去噪法
• 3.4.3 基片干涉的影响
• 3.5.镀膜终止判断算法
• 3.5.1.线段斜率法
• 3.5.2.多项式拟合判断法
• 3.6.实验结果与讨论
• 第四章 系统控制程序设计
• 4.1 软件控制系统的界面
• 4.2 程序框架思想
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢