| 复合多层结构膜厚度测量
|
复合多层结构膜(HR + HC composite multilayer film)[1] 作为固体激光器、激光雷达等高端光学设备的核心元器件，其性能直接决定了整机的运行稳定性与工作效率。随着激光技术向高功率、高脉冲能量密度方向迭代，核心光学元件要求在对应需求波段实现高反射率，这对膜层的厚度均匀性、层间匹配度等指标提出了严苛要求。而要保障这类复杂多层膜的制备精度，就需要可实现逐层厚度解析且无损测量[2]的专业检测设备。
为满足此检测需求，复享光学推出MetronFilm反射膜厚测量仪，基于190-1100nm宽光谱反射干涉技术，可实现1nm-260μm厚度区间的全覆盖测量。本文以33层复合多层结构膜为测试对象，验证MetronFilm对30层以上复杂多层薄膜的逐层厚度解析能力，为高反膜镀膜工艺的质量管控提供技术支撑。
多层膜测量原理
MetronFilm软件中搭载多层膜模块，支持构建多层膜的物理模型。在检测阶段，仪器先采集样品190-1100nm波段的反射光谱，再通过菲涅尔矩阵法对多层薄膜逐层光学特性反演计算，整个流程兼具高效性与精准性，能够在1s内输出多层薄膜的逐层级真实厚度数据，其完整工作流程如图1所示。
|
|
图1 MetronFilm多层膜厚检测流程图
|
测量结果
本次测试样品为33层复合多层结构膜，其薄膜结构由基底、功能膜层及防护层构成：基底为熔融石英；功能膜层为16个周期的SiO₂/Ta₂O₅双元叠层；顶层镀制碳膜作为环境防护层，薄膜整体总厚度约2.4μm，图2为样品实物图与膜层结构示意图。
|
|
图2 33层复合多层结构膜样品实物图a;膜层结构示意图b
|
|
对样品进行反射光谱采集与模型拟合验证，图3为样品在400-700nm波段的实测反射光谱(蓝色曲线)与模型拟合光谱(橙色曲线)的对比结果。从图中可清晰看到两条曲线高度重合，拟合优度99.5%。表明所构建的多层膜光学模型与样品实际膜系结构高度吻合，为后续逐层厚度解析提供了可靠的模型基础。
|
|
图3 复合多层结构膜反射光谱与模型拟合曲线
|
|
我们采用MetronFilm-EX内置的多层膜算法对样品进行逐层厚度解析，结果如表1所示。数据显示，碳防护层厚度为32.8852nm，16个周期的SiO₂/Ta₂O₅功能层厚度均精准测出，单层厚度测量重复性达0.02nm。该结果充分展示了MetronFilm-EX对33层复合多层结构膜的精准建模与高效解析能力，满足复合多层结构膜工艺开发或改进的要求。
|
|
表1 33层复合多层结构膜厚度测量结果
|
本文总结
复享光学MetronFilm反射膜厚测量仪可实现33层复合多层结构膜的一次性无损逐层厚度检测，其单层测量重复性达0.02nm，能够精准区分碳防护层和16周期SiO₂/Ta₂O₅功能层。MetronFilm对30层以上的复合多层结构膜具备实用解析能力，能够为激光高反镜的镀膜工艺提供快速、无损的厚度数据，助力相关复合多层结构膜工艺开发和改进。
|
|
|
|
|
|
|
|
|