[发明专利]双光束在线实时测量光学薄膜应力的装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学薄膜，是一种双光束在线实时测量光学薄膜应力的装置及其测量方法。

背景技术

所有薄膜几乎都处在某种应力之中，它的存在会导致薄膜龟裂、卷曲甚至脱落，从而限制了薄膜结构的稳定性和功能。产生应力的原因很复杂，主要有两种：一是由于薄膜和基底的热膨胀不同引起的，称为热应力；一种是薄膜生长过程中的非平衡性或薄膜特有的微观结构引起的，称为内应力。为了区分内应力和热应力，为了能对应力机理获得更深入的研究，在薄膜镀制过程中实时测量应力是非常必要的。

之前中国科学院上海光学精密机械研究所提出了高精度薄膜应力实时测量装置(申请号：2006101184328，公开号：1971248)，但该装置仍有不足之处

而本装置较之有了三个方面的改进。首先是利用了双光束的原理，提高了系统抗震动等干扰的能力；第二是加入了晶控探头，能实时得到薄膜厚度的信息，从而真正实现了应力实时测量；最后是在软件系统上，通过程序调节简化了光路调节，操作人性化，界面友好，并且功能也更加丰富。

发明内容

本发明是为了深入的研究薄膜镀制过程中应力变化而提出的一种双光束在线实时测量光学薄膜应力的装置及其测量方法，该装置具有结构简单，操作方便，与镀膜机兼容性好，稳定性强等特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种双光束在线实时测量光学薄膜应力的装置，其特点是该装置包括半导体激光器、由分束镜与第一反射镜和第二反射镜组合而成的双光束分束准直器、第三反射镜、具有晶控探头的晶控仪、位敏光电探测器、A/D采集卡和计算机，其位置关系如下：在镀膜机外设置所述的半导体激光器、双光束分束准直器、晶控仪、位敏光电探测器、A/D采集卡和计算机，在真空室内安设待测的镀膜基片、所述的第三反射镜和晶控探头，使所述的半导体激光器的出射光经所述的双光束分束准直器后变成两束平行光，由镀膜机真空室的观察窗口照射到待测的镀膜基片表面，其反射光经所述的第三反射镜反射后从所述的观察窗口出射到真空室外的位敏光电探测器上，该位敏光电探测器探测的反射光位移偏转量由A/D采集卡输入到计算机；同时所述的晶控探头实时记录镀制光学薄膜过程中薄膜厚度和沉积速率的变化，由所述的晶控仪输入所述的计算机。

利用上述双光束在线实时测量光学薄膜应力装置进行光学薄膜应力的测量方法，包括下列步骤：

①上述的双光束在线实时测量光学薄膜应力装置中各元器件的位置关系安装各元器件和待测的镀膜基片；调整光路，使所述的半导体激光器的出射光经所述的双光束分束准直器后变成两束平行光，由镀膜机真空室的观察窗口照射到待测的镀膜基片表面的中心对称位置上，其反射光经所述的第三反射镜反射后从所述的观察窗口出射到真空室外的位敏光电探测器上；

②在镀膜开始前，先在计算机的软件系统主界面上点击初始化按钮，设定所述的镀膜基片的弹性模量、泊松比、厚度、入射的双光束的束宽、入射角度和反射光程，同时设置晶控仪的串口号；

③在镀膜开始时，点击主界面的开始按钮，计算机开始采集数据：一个是由USB接口获得的位敏探测器上光斑位置的信息，另一个是由串口获得的晶控仪上薄膜实时厚度和镀膜沉积速率的信息，在整个镀膜过程中，计算机根据下列公式进行数据处理

σ=Es*ts2*cosα12(1-γs)*tf*L*D0*d,]]>

并实时绘制光学薄膜应力变化曲线和位移变化曲线，实时保存并显示光束偏转位移、应力大小、镀膜时间、薄膜厚度和沉积速率；