光柵光譜儀在膜厚控制中的應(yīng)用
技術(shù)介紹：
光學(xué)零部件的鍍膜是光學(xué)產(chǎn)品中一個(gè)不可或缺的工藝，其可以大大提高光學(xué)零部件的性能，不僅可以提升各類光學(xué)儀器的精度，并且?guī)椭覀儷@得更加優(yōu)異的產(chǎn)品。因此針對(duì)鍍膜工藝的要求也越來(lái)越高，其中膜厚的精確控制是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
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(zhǎng)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(zhǎng)范圍內(nèi)監(jiān)控非規(guī)整膜系，而極值法一般要求膜層為規(guī)整膜層。因此寬光譜掃描方法，開(kāi)始逐漸應(yīng)用到膜厚控制的應(yīng)用當(dāng)中。
產(chǎn)品應(yīng)用：
寬光譜膜厚控制可以采用垂直光路進(jìn)行透射式或者傾斜光路進(jìn)行反射式的光學(xué)膜厚監(jiān)控。
反射式：
圖1：反射式寬帶膜厚測(cè)試簡(jiǎn)圖
鍍膜時(shí)，因?yàn)檎婵涨粌?nèi)部是一個(gè)明亮環(huán)境，接收信號(hào)光時(shí)會(huì)把雜散光也同時(shí)測(cè)量，從而降低信噪比。因此為了消除雜散光的影響，科學(xué)家們引入斬波器，將信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)斬波器輸出同步信號(hào)觸發(fā)后端的探測(cè)器，從而獲得兩次信號(hào)，1，信號(hào)光+雜散光，2，僅雜散光。因此在監(jiān)控過(guò)程中，可以通過(guò)兩次信號(hào)的相減，有效的去除雜散光。
在接收信號(hào)部分為光纖接口的光柵光譜儀，光譜儀出口接有CCD相機(jī)，可以在短時(shí)間內(nèi)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(cè)試簡(jiǎn)圖
與反射式類似，斬波器同樣將探測(cè)光調(diào)制成脈沖光，經(jīng)透鏡組將探測(cè)光變?yōu)槠叫泄猓?jīng)待測(cè)樣片后獲得類似透射譜的測(cè)試。*終探測(cè)光由光纖引入到光譜儀進(jìn)行分析。在光路中另一端，經(jīng)過(guò)成像系統(tǒng)，用監(jiān)控相機(jī)可以對(duì)真空腔內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控。
光譜儀部分可以用CCD寬帶采集，也可以用PMT進(jìn)行掃描。兩者各有優(yōu)勢(shì)，CCD可以快速采集寬帶譜線，PMT因?yàn)殪`敏度更高，可以獲得更微弱的信號(hào)變化。
近年來(lái)，隨著工藝的要求，科學(xué)家也開(kāi)始關(guān)注近紅外區(qū)域的膜厚測(cè)量。
圖3：近紅區(qū)域膜厚監(jiān)控簡(jiǎn)圖
上圖中科學(xué)家使用卓立配套銦鎵砷近紅外探測(cè)器加Omni-λ300i作為前面所說(shuō)的光譜儀系統(tǒng)。用Labview軟件組合成實(shí)時(shí)監(jiān)控膜厚控制系統(tǒng)。
卓立漢光提供光譜全方位光譜采集系統(tǒng)，有PMT（可見(jiàn)波段范圍檢測(cè)），InGaAs（近紅波段范圍探測(cè)）
圖4：卓立光譜儀，PMT及InGaAs探測(cè)器
有CCD為探測(cè)器的光譜儀Omni-λ3008i-iVacN
圖5：卓立Omni-λ3008i-iVacN 與 進(jìn)口深度制冷CCD 完美融合
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光譜分辨率（nm）
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0.11@1800 刻線; 0.37@600 刻線
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焦距（mm）
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320
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相對(duì)孔徑
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F/4.2
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雜散光
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1X10-5
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狹縫規(guī)格
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縫寬0.01-3mm 連續(xù)手動(dòng)可調(diào)，可選配自動(dòng)狹縫
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光柵規(guī)格mm
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68X68
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光柵臺(tái)
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三光柵
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CCD 有效像素
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2000×256
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像素尺寸
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15×15
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寄存器*大容量
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300,000e-
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*大光譜采樣率(spectra/s)
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181
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讀出噪聲（e，典型值）
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3e-
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暗電流
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0.1 e-/pixel/s@-60℃
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表1：Omni-λ3008i-iVacN主要技術(shù)參數(shù)
引用文獻(xiàn)：
- Liang Shaolin, Wang Yongmei, Mao Jinghua, Jia Nan, Shi Entao,Infrared and Laser Engineering, 0417004, 48（2019）
- EMVA Standard 1288,Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras，2021
- Wang Shushu, Ping Yiding, Men Jinrui, Zhang Chen, Zhao Changyin，Proc. SPIE 11525, SPIE Future Sensing Technologies, 115252I (2020)
13810146393
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