监控光学镀膜厚度的双光束光学系统

摘要

监控光学镀膜厚度的双光束光学系统形式上和已有的单接收器单光路监控光学系统相同，差别是在角可变滤光片(或单色仪出狭缝)之后置一块等双孔光栏，分单束光为参考和测量两束光，再用双排孔调制扇分别调制这两束光，于是构成全对称双光束光学系统。它使电子学系统容易解决基线平直度、漂移、噪声、杂光信号和电磁场信号干扰，以致于真空室窗口溅射膜的影响都可以完全消除。

说明书

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监控光学镀膜厚度的双光束光学系统是真空镀膜用光学方法监控膜厚的一种光学系统，已有的监控光学系统是单光路的（光学工程1984年第1期），见附图1。单接收器单光路的构成是：聚光镜〔1〕将光源〔2〕成像于角可变滤光片〔3〕（或单色仪入狭缝）上，经单孔光栏〔4〕（或单色仪出狭缝）出射，由单排孔调制扇〔5〕调制这光束，聚光镜〔6〕把单孔光栏成像于监控片〔8〕上，由聚光镜〔9〕将透射光束聚焦于接收器〔10〕上，对于双接收器单光路是在调制扇〔5〕后加一半反射镜〔11〕分出一束光，由聚光镜〔12〕聚焦到另一接收器〔13〕。由于真空镀膜环境的影响和监控精度的要求，单光路提供电子学信号处理难度很大，诸如解决基线平直度、漂移、噪声、杂光信号干扰、电磁场信号干扰以及真空室窗口溅射膜影响等问题，其中有的是单光路根本无法解决的。

为解决上述问题，本发明提出了全对称双光束光学系统，见附图2，其构成是：在角可变滤光片〔3〕直径或单色仪狭缝方向分布双矩形孔的等双孔光栏〔4〕将单束光分成测量和参考两束光。矩形孔的大小为L×W（长乘宽），两矩形孔中心距为C，C＞LC+L的大小由角可变滤光片〔3〕照明面积（或单色仪狭缝高）定，W由要求的光谱分辨率定。在等双孔光栏〔4〕后置一个沿以D±C为直径的两个园的园周上，均布扇形孔的双排孔调制扇〔5〕，分别调制测量和参考光束。D是任选的直径，它决定调制扇的大小一个园周上的扇形孔处在另一个园周上相邻两扇形孔所构成的中心角分线上，直边分别在直径上，弧边分别在以D和D±2C为直径的三个园的园周上，弧的大小略小于2π/n弧度，n为扇形孔的数量，由调制频率定。由聚光镜〔6〕将等双孔光栏〔5〕成像于监控片〔8〕上，使测量光束通过监控片。于是附图2的光路便是全对称双光束光学系统。

本全对称双光路比双接收器单光路简单，完全和单接器单光路相当。此外容易解决前述单光路难于解决的问题，以致于真空室窗口溅射膜的影响都完全可以消除，从而保证监控精度。

实施方案见附图2，光源〔2〕要求百瓦功率。用角可变滤光片〔3〕做单色仪，结构简单紧凑，易于光谱快速扫描。等双孔光栏〔4〕矩形孔为L×W＝3×1，中心距C＝4，决定双排孔调制扇〔5〕大小的D和扇形孔的数量n由实际设计要求确定。聚光镜〔6〕放大率为2，监控片〔8〕为φ8。显然用本全双称双光路做监控仪可按研制双光束自动光谱光度计技术来实现。