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光学薄膜厚度的均匀性是薄膜制备的一项重要指标,它影响着光学元件的光谱特性,并 决定着能达到要求的实际有效镀膜面积.同时,它也是衡量镀膜装置性能的一项重要指 标.膜厚均匀性是指在基片不同位置或随着基片位置的改变,所沉积的膜厚的变化情况 .对于高精度、高性能的光学系统,或大口径的光学元件和批量生产的光学元件,膜厚 的均匀分布至关重要.

影响膜厚均匀性分布的因素有很多,例如,镀膜系统的几何配置、夹具的形状、基片的 运动方式、蒸发源的蒸发特性、镀膜工艺等.镀膜元件对膜厚均匀性精度要求苛刻,只 通过优化上述几个因素并不能满足要求,此时,需要添加修正板对膜厚分布进行严格校 正,这也是真空镀膜中改善膜厚分布均匀性的一种重要方法.

在以往的理论研究和实际生产中,当涉及到改善均匀性分布时,通常会将修正板置于蒸 发源的正上方.在大多数情况下,光学介质薄膜由交替沉积的高、低折射率膜料组成, 而高、低折射率膜料的蒸发特性不同,很难用一块修正板同时改善两种膜料的厚度均匀 性.此时,通常采用双蒸发源、双修正板并将修正板置于对应膜料正上方的方法,以改 善多层膜的膜厚分布.但在实际应用中,考虑到成本和效率等因素,也存在数量较多的 单一蒸发源配置的真空镀膜设备,本文基于非余弦膜厚分布理论对膜厚分布进行了研究 ,分析了修正板位置对均匀性的影响,提出采用单一蒸发源镀制单层钛酸镧、氟化镁薄 膜验证这一方法.

在常规可见光波段,增透膜是最常用的一种薄膜,通常采用交替蒸发钛酸镧、氟化镁膜 料进行制备.如果采用单一蒸发源同时蒸发这两种膜料,单一修正板就无法保证组合光 谱的均匀性.因此,对于使用两种材料交替镀制的光学薄膜, 需要考虑双修正板修正组 合的光谱均匀性.在理想情况下,一种膜料对应一种修正板,可以最大程度地保证均匀 性.即镀制钛酸镧膜层时用一个修正板,镀制氟化镁膜层时用另外一个修正板.在镀膜 过程中,可以通过控制修正板的升降来选择对应的修正板.由此可知,关键在于寻找到 合适的修正板放置位置.传统的做法是将修正板放置于蒸发源的正上方.从图中可以看 出,在蒸发源正上方的曲线密集度较小,这意味着此处是膜厚梯度变化最敏感的区域, 膜厚分布对修正板的仰角变化、蒸发源的位置 变化、蒸发源蒸镀特性的变化很敏.这 表明在修正膜厚时,在相同的遮挡角度条件下,沿球面夹具分布的方向所遮挡的膜厚最 接近,修正板的修剪效率也会得到提升.可以预测,对于任意膜料,膜厚分布都存在这 样两个角度,这也应为修正板放置的位置.

针对单源蒸发条件下旋转球面夹具的膜厚均匀性进行了理论计算.利用极坐标法对膜厚 分布进行简化表征,对修正板放置位置进行分析.对于给定的膜料,存在两个对称的极 角,在这两个方向上放置修正板时,修正板更容易修剪,且膜厚分布对形状、尺寸以及 蒸发源光斑移动不敏感.