Способ контроля толщин слоев при изготовлении оптического покрытия на детали Советский патент 1976 года по МПК G01B11/06 

1

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля толщин слоев при изготовлении покрытий на оптических деталях и может быть использовано в производстве, занятом изготовлением интерференционных фильтров.

Известен способ контроля толщин слоев при изготовлении оптического покрытия, заключающийся в том, что на деталь посылают световой пучок и фотометрическим прибором определяют экстремальные значения фототока приемника фотометрического прибора.

Однако такой способ контроля не обеспечивает получения хороших спектральных характеристик в области высокого светопропускания, так 1как невозможно выделить узкий спектральный интервал без применения какихлибо дополнительных средств.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ контроля толщин слоев при изготовлении оптического покрытия на детали, заключающийся в том, что на деталь направляют световой поток, выделяют из него монохроматором с дифракционной рещеткой заданный спектральный интервал и определяют с помощью фотометра в этом интервале светопропускание детали в процессе нанесения на нее интерференционных слоев.

При фотометрировании всех слоев покрытия

необходимо, чтобы выделяемый монохроматором спектральный интервал был уже щирины изготавливаемого фильтра, так как в противном случае существенно затрудняется контроль из-за весьма незначительного изменения светопропускания, вызванного осаждением слоя, толщина которого контролируется.

С помощью монохроматора можно также осуществлять контроль толщин слоев и в случаях, когда щирина фильтра при нанесении последних слоев становится уже выделяемого монохроматором спектрального интервала. Последние слои можно контролировать при почти максимальном раскрытии щелей моно.хроматора, так что выделяемый им спектральный интервал Лл становится не менее, чем в 5 раз больше полуширины дК фильтра.

Существенный недостаток известных способов контроля при изготовлении оптического покрытия заключается в том, что они не позволяют получать хорошие спектральные характеристики в области высокого светопропускания, например, при напылении вакуумным методом полосовых пропускающих фильтров, имеющих полуширину бл 20-100 нм и обладающих крутой границей между зонами высокого и низкого пропускания и имеющих прозрачность, близкую к нулю, в области фона.

Указанные характеристики обеспечивают, так называемые, контрастные фильтры. Такие

фильтры состоят из двух или более простых (элементарных) фильтров, соединенных между собой слоем с низким показателем преломления. От точности получения соединительного слоя с заданной расчетной толщиной существенно зависит качество изготавливаемого покрытия.

Контролировать нанесение таких слоев на щироких щелях монохроматора при изготовлении рассматриваемых фильтров невозможно, ибо у обычно применяемых монохроматоров 80 нм, т. е. величины Д1 и б; соизмеримы, и не выполняется условие, необходимое для обеспечения достаточной точности контроля.

Когда соединительные слои контролируют на узких щелях, то изменение светопропускания, вызванное их нанесением, не превосходит 3- 4%, что приводит к ошибкам в толщинах до 30-50%. Такие большие погрешности обусловливают сильное искажение спектральных нараметров покрытия, особенно в оОласти высокого светопропускания, где появляются глубокие провалы. Покрытие становится непригодным к иснользованию по своему назначению.

Целью изобретения является улучшение спектральных параметров покрытия в области высокого светопропускания.

Зто достигается тем, что после нанесения слоев, сформировавших положение зоны высокого светопропускания, расширяют спектральный интервал, выделяемый монохроматором, настраивая его на нулевой порядок дифракционной решетки, и устанавливают в фотометр отрезающие фильтры, подавляющие побочные зоны светонронускания.

Контроль осуществляется в процессе получения оптического покрытия путем терМического испарения в глубоком вакууме веществ, образующих слои покрытия. С помощью фотометрического устройства определяют светопропускание детали с осаждаемой системой пленок. При этом о толщине слоев судят по известной зависимости коэффициента светопронускания от оптической толщины. Контроль производят при напылении слоя на уже готовую систему слоев.

Непосредственно на деталь наносят первый простой диэлектрический пропускающий интерференционный фильтр к-го порядка, состоящий из двух одинаковых многослойных зеркал, разделенных слоем диэлектрика. Зеркала представляют собой двухкомнонентные системы из чередующихся неноглощающих слоев диэлектриков с высоким и низким показателями преломления, оптические толщины которых равны между собой. Оптическая толщина разделительного слоя в 2к раз больще оптической толщины слоев зеркал.

О том, что оптическая толщина достигла требуемой величины, делают заключение, регистрируя минимумы светопропускания для слоев с высоким показателем преломления и максимумы - для слоев с низким показателем преломления. 1 онтроль производят при фиксированной длине волны Яо, выделяемой монохроматором с дифракционной решеткой, АО (0,94-0,1) Ямако/ где Амакс - длина волны максимального светопропускаиия.

Когда примыкающее к детали зеркало сформировано, наносят разделительный слой первого простого диэлектрического пропускающего интерференционного фильтра. Его напыление прекращают при достижении к-го максимума пропускания, если слой имеет высокий ноказатель преломления, н к-го минимума, если слой имеет низкий показатель преломления. Контроль производят при Ао А,максТак же, как напыление разделительного слоя, контролируют нанесение пленок, образующих второе зеркало первого простого фильтра. Только нанесение каждого слоя прекращают при достижении первого экстремума.

После того, как первый простой фильтр изготовлен, зона высокого светопронускания требуемого контрастного фильтра получается уже сформированной. Последующие слои необходимы для обеспечения желаемой крутизны фронтов, ограничивающих рабочую зону высокого светопропускания, и для снижения до нужного предела коэффициента светопропускания в области фона.

Наличие сформированной зоны высокого светопропускания позволяет в дальнейшем монохроматизировать контролирующий световой поток с помощью самого изготовляемого фильтра. Препятствием для такого контроля служат побочные полосы светопропускания, которые расположены с обеих сторон от рабочей зоны пропускания простого фильтра на относительно небольшом расстоянии от нее. Когда диэлектрический полосовой пропускающий интерференционный фильтр используют в оптических приборах, то для исключения вредного влияния лучистого потока, прошедшего через побочные полосы, применяют специально изготовляемые абсорбционные (цветные

стекла), либо интерференционные отрезающие

фильтры. Указанные отрезающие фильтры

предполагается использовать при контроле

рассматриваемым способом.

Перед нанесением соединительного слоя,

располагаемого меледу двумя простыми полосовыми фильтрами, фотометрическую систему, с помощью которой производится контроль, переналаживают. Для этого монохроматор настраивают на нулевой порядок дифракционной решетки и устанавливают по ходу луча в фотометре отрезающие фильтры, предназначенные для подавления лучистого потока, прошедшего через побочные полосы светопропускания уже напыленной системы пленок.

Монохроматор в этом случае не работает как спектральный прибор. Спектральный состав излучения, выходящий через его выходную щель, практически совпадает со спектральным составом излучения, падающим на входную

щель монохроматора. Спектральный интервал.

в котором производится определе11 :е светопропускания детали с наноснмыми па нее иптерференциоппыми слоями, выделяется уже изготовленной частью контрастного фильтра.

После того, как фотометр перенастроен, наносят соединительный слой из диэлектрика с низким показателем преломления до достижения максимума светопропускания. Затем напыляют второй простой диэлектрический полосовой .пропускающий интерференционный фильтр. Каждый слой второго простого фильтра заканчивают наносить при достижении экстремума светопропускания. Соответствует ли это максимуму либо минимуму, определяется теми же факторами, что и при нанесении слоев, образующих первый простой полосовой фильтр.

Если изготавливаемый контрастный фильтр состоит более, чем из двух простых, то после второго простого фильтра, не перестраивая фотометра, вновь наносят соединительный слой из вещества с низким показателем преломления до достижения максимума светопропускания и т. д.

Формула изобретения

Способ контроля толщин слоев при изготовлении оптического покрытия на детали, например, диэлектрического полосового пропускающего фильтра, заключающийся в том, что на деталь направляют световой поток, выделяют из него монохроматором с дифракционной решеткой заданный спектральный интервал и определяют с помощью фотометра в этом интервале светопропускание детали в процессе нанесения на нее интерференционных слоев,отличающийся тем, что, с целью улучщения спектральных параметров покрытия, после нанесения слоев, сформировавших положение зоны высокого светопропускания, расширяют

спектральный интервал, выделяемый монохроматором, настраивая его на нулевой порядок дифракционной решетки, и устанавливают в фотометр отрезающие фильтры, подавляющие побочные зоны светопропускапия.