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大口径非球面镀膜均匀性分析与修正挡板设计

真空科学与技术学报 2017年第3期37卷 250-254页

作者：程敏艾力.伊沙木丁孙正文马路赵斐许竞中国科学院新疆天文台乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

针对1.2 m口径天文望远镜非球面主反射镜的镀膜问题,建立了大口径非球面镀膜的膜厚分布模型,使用数值分析的方法计算了非球面镀膜相对于球面镀膜的膜厚分布差异。针对非球面镀膜的膜厚均匀性问题,给出了非球面修正挡板的设计方法。为减... 详细信息

针对1.2 m口径天文望远镜非球面主反射镜的镀膜问题,建立了大口径非球面镀膜的膜厚分布模型,使用数值分析的方法计算了非球面镀膜相对于球面镀膜的膜厚分布差异。针对非球面镀膜的膜厚均匀性问题,给出了非球面修正挡板的设计方法。为减少修正挡板的加工成本,提高修正挡板的结构刚度,研究了球面面型挡板用于非球面镀膜的可行性,提出了一种圆周分布式排列的挡板设计方法。结果表明:宽度较窄的分布式挡板能够在避免划伤镜面的前提下更贴近镜面,因而有更好的遮挡效果以达到膜厚均匀性的要求,并且有更低的加工成本、更高的结构刚度,以及能够根据实际情况便捷地进行挡板调整和改造。

关键词：非球面光学薄膜膜厚均匀性修正挡板分布式挡板

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平面行星系统修正挡板校正膜厚均匀性

光学学报 2013年第2期33卷 284-288页

作者：郭春孔明东柳存定李斌成中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

分别建立了真空镀膜机行星系统中平面光学元件薄膜厚度模型和修正挡板校正薄膜厚度非均匀性模型,并运用数值计算方法完成修正挡板优化设计;研究了使用修正挡板校正薄膜厚度分布时平面行星夹具上热蒸发薄膜材料的沉积效率。实验结果表明... 详细信息

分别建立了真空镀膜机行星系统中平面光学元件薄膜厚度模型和修正挡板校正薄膜厚度非均匀性模型,并运用数值计算方法完成修正挡板优化设计;研究了使用修正挡板校正薄膜厚度分布时平面行星夹具上热蒸发薄膜材料的沉积效率。实验结果表明:依据修正挡板校正薄膜厚度非均匀性模型优化设计的修正挡板能使口径为310mm、无倾斜放置的平面行星夹具上,由电子束热蒸发工艺制备的MgF2薄膜厚度均匀性优于99.6%,并且热蒸发MgF2薄膜材料的沉积效率高于87.4%。

关键词：薄膜光学镀膜厚度均匀性修正挡板行星系统

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基于遮挡矩阵的膜厚修正挡板的设计

光学精密工程 2013年第11期21卷 2757-2763页

作者：张立超高劲松中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中科院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

为了在光学元件镀膜过程中精确控制膜厚均匀性,通常需要有针对性地设计并制作膜厚修正挡板。然而,由于基底在真空室内运动方式复杂,实际工作中通常采用多次试验,反复进行局部修正的方法来确定挡板形状。为解决这一问题,本文提出了遮挡... 详细信息

为了在光学元件镀膜过程中精确控制膜厚均匀性,通常需要有针对性地设计并制作膜厚修正挡板。然而,由于基底在真空室内运动方式复杂,实际工作中通常采用多次试验,反复进行局部修正的方法来确定挡板形状。为解决这一问题,本文提出了遮挡矩阵的概念。基于这一概念,提出了膜厚修正挡板的设计方法。通过对挡板进行合理的划分,对膜厚空间分布与挡板形状建立起精确的定量关系,从而可在不需进行事后修正的情况下,准确计算出修正挡板的形状。针对平面行星夹具,设计并制作了膜厚修正挡板,在φ300mm的口径上实现了膜厚均匀性的PV值优于0.3%、rms值优于0.1%。这些结果验证了这一方法的有效性,表明该方法满足光学元件镀膜过程中高效、可靠地调整膜厚均匀性的要求。

关键词：热蒸发膜厚控制膜厚均匀性行星夹具修正挡板遮挡矩阵

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深紫外大口径非球面反射膜的均匀性研究

中国光学（中英文） 2022年第4期15卷 740-746页

作者：潘永刚林兆文王奔付秀华长春理工大学中山研究院广东中山528437 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中山吉联光电科技有限公司广东中山528437

膜厚均匀性作为高精度光学薄膜的重要参数,对光学薄膜的性能起到至关重要的作用,特别是大尺寸高精度反射膜,对膜厚均匀性的要求极高。本文通过研究蒸发源的发射特性与膜厚分布,结合Mathcad软件建立精准数学及物理模型,编写自动程序,模... 详细信息

膜厚均匀性作为高精度光学薄膜的重要参数,对光学薄膜的性能起到至关重要的作用,特别是大尺寸高精度反射膜,对膜厚均匀性的要求极高。本文通过研究蒸发源的发射特性与膜厚分布,结合Mathcad软件建立精准数学及物理模型,编写自动程序,模拟修正挡板形状,极大地提高了薄膜制备均匀性修正的效率与准确性。通过该方法,在公自转行星蒸发沉积设备上制备了直径为320 mm的非球面深紫外反射镜,在紫外(240~300 nm)波段平均反射率大于97.5%,均匀性优于0.5%。本研究对大口径非球面薄膜的均匀性修正提供了理论基础与技术支撑。

关键词：薄膜均匀性修正挡板大口径非球面

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可见-近红外线性滤光片研究

可见-近红外线性滤光片研究

作者：庞梦林西安工业大学

学位级别：硕士

随着光学技术的发展,光学系统的小微化受到人们越来越多的关注。线性滤光片又称线性渐变滤光片,是分光技术微型化的发展路径之一。相比传统分光棱镜、光栅等分光器件,线性渐变滤光片具有体积小、高透射率、高集成度等优点;相比多通道滤... 详细信息

随着光学技术的发展,光学系统的小微化受到人们越来越多的关注。线性滤光片又称线性渐变滤光片,是分光技术微型化的发展路径之一。相比传统分光棱镜、光栅等分光器件,线性渐变滤光片具有体积小、高透射率、高集成度等优点;相比多通道滤光片,又不需要利用化学方法进行拼接,线性渐变滤光片的制作工艺也更为简单。线性渐变滤光片作为微型分光元器件的应用,使得分光技术获得了飞速的发展。基于线性渐变滤光片的分光技术应用在诸如军事探测、大气监测、医疗分析等诸多领域中。因此研究其制备具有非常重要的应用价值。但作为高集成光谱探测器件,线性渐变滤片现阶段的研制无法系统化,同时还存在制备工艺复杂,研制周期长,成本高等问题。本论文针对高光谱相机采集系统的使用需求,围绕制备高质量的线性渐变滤光片开展了研究工作。对薄膜的沉积理论、线性渐变滤光片的膜系设计,制备技术和薄膜特性的测试进行了深入的理论分析和实验研究,制备出的线性渐变滤光片截止区的透射率均小于4%,不同波长的峰值透过率均大于80%,同时可在40mm长度上实现500nm～800nm光谱范围变化。首先系统性的研究电子束热蒸发源发射特性,利用余弦特性分析点源和面源的发射特性。用Mathcad15进行编程仿真建立修正挡板和相对膜厚的关系,仅通过较少次数的实验,设计优化出了线性渐变滤光片的TaO与Si O双挡板,制备出单层膜厚呈线性变化薄膜。其次从薄膜的基础理论入手,根据薄膜特征矩阵的计算,分析了窄带滤光膜系和干涉截止滤光膜系带宽、带外截止度的影响因素,结合线性渐变滤光片较小的通带、较宽的截止区域两大特点,对用于高光谱相机采集系统的线性渐变滤光膜系进行了设计工作。最后用莱宝镀膜设备进行线性渐变滤光片的制备工作,根据微小光斑的测试理论模型,改良了针对线性渐变滤片的测试设备,有效提高线性滤光片光谱测量的准确性,对制备样片的光学特性与非光学特性进行了测试与分析。测试数据表明:线性渐变滤光片在500nm～800nm工作范围内,截止区的透射率均小于4%,不同波长的峰值透过率均大于80%,对线性渐变滤光片光谱曲线产生的误差进行分析与讨论。为线性渐进滤光片的制备工艺提供了新方法和新思路。

关键词：光学薄膜线性渐变滤光片修正挡板 F-P结构程序仿真

离子束溅射Lan-WDM滤光膜膜厚均匀性的研究

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长春理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期46卷 25-31页

作者：齐双阳刘冬梅朱忠尧张于帅韩克旭长春理工大学光电工程学院长春130022 北京空间机电研究所北京100049 苏州浩联光电科技有限公司苏州215000

光通信Lan-WDM滤光膜采用离子束溅射(IBS)沉积制备时,由于膜厚分布不均匀会导致光谱中心波长的漂移,影响有效镀膜区域。分析了离子束溅射膜厚分布特点,根据Ove Lyngnes提出的膜厚均匀性修正模型,通过修正Mask挡板来改善Ta_(2)O_(5)、SiO... 详细信息

光通信Lan-WDM滤光膜采用离子束溅射(IBS)沉积制备时,由于膜厚分布不均匀会导致光谱中心波长的漂移,影响有效镀膜区域。分析了离子束溅射膜厚分布特点,根据Ove Lyngnes提出的膜厚均匀性修正模型,通过修正Mask挡板来改善Ta_(2)O_(5)、SiO_(2)的膜厚均匀性。经过多次修正Mask实验,最终在12英寸的基板上,分别将Ta_(2)O_(5)和SiO_(2)的主Mask挡板在径向方向每一点膜厚均匀性修到小于0.1%;辅Mask挡板将内圈和外圈的膜厚均匀性修到大于1.5%,且呈线性关系。制备中心波长分别为1 295.56 nm、1 300.05 nm、1 304.58 nm、1 309.14 nm的Lan-WDM(细波分复用)滤光膜,测得光谱透射率有效镀膜区面积相比原来分别增大了2.01倍、2.20倍、2.25倍、2.04倍,提高了滤光膜的生产效率。

关键词：薄膜离子束溅射膜厚均匀性修正挡板窄带滤光片

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2.4米主镜反射膜膜厚均匀性的优化设计

天文研究与技术 2023年第5期20卷 463-470页

作者：陈鑑辉伦宝利秦松年中国科学院云南天文台云南昆明650216 中国科学院天体结构与演化重点实验室云南昆明650216 中国科学院大学北京100049

膜厚均匀性是制备高性能光学薄膜的一项重要指标。为进一步提高2.4 m主镜反射膜膜厚均匀性,针对大口径望远镜镀膜设计了膜厚均匀性优化方案。基于真空热蒸发遵循的余弦分布律,结合ZZ3200型真空镀膜机的几何结构和望远镜镀膜的实际需求,... 详细信息

膜厚均匀性是制备高性能光学薄膜的一项重要指标。为进一步提高2.4 m主镜反射膜膜厚均匀性,针对大口径望远镜镀膜设计了膜厚均匀性优化方案。基于真空热蒸发遵循的余弦分布律,结合ZZ3200型真空镀膜机的几何结构和望远镜镀膜的实际需求,编写膜厚计算程序,模拟膜厚理论分布情况,给出膜厚优化设计方法和优化结果。方法一:在蒸发源内侧合适的位置加入修正挡板,结果表明,挡板的曲率半径安装误差在3 mm以内,膜厚均匀性峰谷(Peak to Valley,PV)值由不加挡板时的15%下降到4%,该方法具有一定的普适性,但是挡板安装位置要精确控制;方法二:结合反射主镜中间的圆孔结构,设计双圈蒸发源,结果表明,当内外圈蒸发源的中心距分别为10 cm和130 cm,且满足外圈蒸发源的数量为内圈的12倍时,膜厚均匀性峰谷值为1.85%。该方法是针对中心具有圆孔镜面设计的,适用于大多数反射式天文望远镜镀膜。

关键词：望远镜镀膜膜厚均匀性球面夹具修正挡板

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热蒸发制备大口径铝膜的膜厚均匀性分析

光学与光电技术 2021年第2期19卷 108-114页

作者：樊彦峥潘永强刘金泽张达西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

研究了1.1 m大口径镀膜机热蒸发制备金属铝膜的膜厚均匀性问题,针对旋转平面夹具分析了夹具高度H以及蒸发源与真空室中心轴距离L对铝膜膜厚均匀性的影响。当L=400 mm,H/L=1.10时,膜厚均匀性最好,不均匀性为9.614%,不均匀性随H/L的值增... 详细信息

研究了1.1 m大口径镀膜机热蒸发制备金属铝膜的膜厚均匀性问题,针对旋转平面夹具分析了夹具高度H以及蒸发源与真空室中心轴距离L对铝膜膜厚均匀性的影响。当L=400 mm,H/L=1.10时,膜厚均匀性最好,不均匀性为9.614%,不均匀性随H/L的值增大而增大。当H=500 mm,H/L=1.47时,膜厚均匀性最好,不均匀性为4.487%,不均匀性随H/L的值减小而增大。进而引进了一个修正挡板函数,提出并设计了合适的修正挡板,膜厚均匀性由不加修正挡板时的17.8%改善到3.9%,从而解决铝薄膜厚度均匀性问题。

关键词：光学薄膜铝膜旋转平面夹具膜厚均匀性修正挡板

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电子束蒸发球面夹具系统膜厚均匀性的研究

激光与光电子学进展 2021年第5期58卷 323-327页

作者：潘永刚刘政王奔张四宝吕辰瑞中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 上海米蜂激光科技有限公司上海200120

基于电子束蒸发小面源非余弦膜厚的分布公式,研究了电子束蒸发球面夹具系统光学薄膜厚度的分布均匀性。同时建立数学模型,通过MathCAD编程求解修正挡板的形状及摆放位置,控制光学薄膜厚度的分布均匀性。以蒸发Ta_(2)O_(5)薄膜为例,优化... 详细信息

基于电子束蒸发小面源非余弦膜厚的分布公式,研究了电子束蒸发球面夹具系统光学薄膜厚度的分布均匀性。同时建立数学模型,通过MathCAD编程求解修正挡板的形状及摆放位置,控制光学薄膜厚度的分布均匀性。以蒸发Ta_(2)O_(5)薄膜为例,优化修正挡板的位置及形状,并制备厚度为600 nm的Ta_(2)O_(5)单层薄膜。实验结果表明,采用该模型优化设计的修正挡板,实际厚度不均匀性为0.6%,验证了该模型的可行性与正确性。

关键词：薄膜均匀性电子束蒸发球面夹具修正挡板