摘

 要：针对传统的宽带膜厚监控法存在精度低和灵活性不高的缺陷，文章提出了一种新的

方法，在蒸镀过程中不断拟合更新镀层的色散系数（折射率）、膜厚等参数，而后根据所得
数据不断修正设想的目标透射率（反射率），以克服传统的宽带膜厚监控法的缺陷，这就
是基于修正膜层目标光谱特性的宽带膜厚监控系统。
　　关键词：色散系数；膜厚；目标透射率；宽带膜厚监控
　　中图分类号：

TB43 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）17－0001－02

　　在光学薄膜镀制过程中，为使薄膜合乎要求，必须监控光学薄膜的参数。由于光学薄膜
的特性与每层薄膜的厚度关系密切，为镀制高质量的光学薄膜，在制造过程中就必须对每
层薄膜的膜厚进行监控。目前，通常采用单一波长的极值法对四分之一波长的光学薄膜进行
监控，但极值法在极点处的透射率变化缓慢，导致监控精度不高［

1］，不能满足高精度要

求；宽带扫描法通常用来监控膜系膜厚，虽然宽带扫描法几经提出了近

40 年，但其对膜厚

的精度的监控并不理想，应用有限，这是由其原理决定的。由于镀制前所设定的膜层的目标
透射率

T（或反射率 R）决定了宽带膜厚监控法的精度，这要求必须事先对材料进行大量

实验，以确定不同蒸镀环境下膜层的折射率，这一过程不但复杂、效率低而且容易产生误差。
若是折射率较稳定的材料，如

ZnS、MgF2 等，还具有可行性；但若是薄膜性能对蒸镀条件

依赖严重的材料［

2］，就很难找准目标的透射率，也就无法找到一个合适的设定值，而且

这一过程不具有可重复性，难以在生产中应用。本文提出在蒸镀过程中不断拟合更新镀层的
色散系数，并对目标透射率不断地计算和修正，直到达到所需的精确度为止，并依据本次
蒸镀所确定的折射率和膜厚，设置下一层薄膜的厚度，消除前面各层的误差干扰，避免误
差的累积，从而克服以往宽带膜厚监控法存在依赖事先设定的目标透射率的缺陷，实现动
态、实时的确定目标透射率，从而提高膜厚监控精度。
　　

1 宽带膜厚监控原理

　　制备光学膜系时，第

j 层薄膜的透射率 TJ 不仅与该层膜的膜厚 D、折射率 n、已测定的

波长

λ 有关，而且还与前 j－1 层膜的厚度和折射率都有关系，但如果在镀制过程中第 j 层

膜层的折射率是稳定的，则

TJ 仅与膜厚 D 和波长 λ 有关，此时 TJ＝TJ（λ，D），如果 i 层

薄膜的设计膜厚为

Di，应达到的透射率为 TJ（λ，Di），则这两条光谱透射率曲线的差距

为：
　　

fj＝

　　此公式也被称为评价函数，从公式来看，如果在镀制中不断计算出评价函数，当它的
值为零时就能得到最优值。理论上，要得到最优值，评价函数就要等于零，但实际上评价函
数总是大于零，这是因为计算目标透射率的色散系数和探测器各象元随机起伏的噪声与最
终的色散系数的差值引起的，采取实时拟合处理后，基本可以消除前者的影响。
　　

2 实时修正目标透射率的宽带膜厚监控系统的工作流程

　　

CCD 将光谱系统送来的光源，进行采样处理成数字量后，送给微机一，计算得出实际

透射率，而后与预设目标透射率比较计算出评价函数，如果评价函数落入可以接受的范围
就不再采集和蒸镀；如果评价函数依旧很大，微机一通过

ISA 通讯适配器把实际透射率传

送给微机二，再由微机二拟合膜层的膜厚和实际折射率，计算出新的目标透射率并送回微
机一，再次求解评价函数，往复循环，直到评价函数落入允许范围内。下面是软件主要部分
的作用和设计思路。
　　

2.1 测试片实时光谱特性显示部分

　　用于显示测试片的实时光谱特性曲线，是膜系光谱特性是否符合要求的直观表现，也
是整个宽带膜厚监控系统监控镀膜过程的基础。
　　

2.2 采样数据处理部分

　　这是很重要的一步，在膜系镀制过程中，必须要让电脑知道薄膜厚度是否合适，是否