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监控工作表

监控工作表回答的是镀膜开始之前的问题:这个设计到底能不能监控。它对每 一层给出:监控可用来停切的信号有多少、停切点落在包夹它的两个极值点之间的什么 位置,以及当监控读数出错时厚度会偏离多少。一个无法可靠停切的设计,无论光谱多 漂亮,都不可能稳定地做出来。

单色监控仿真器做的是一次制备实验并给出结果。 本窗口不做实验,它给出的是方案本身的可控性。

镀膜过程监控的是监控片,而不是工件。每片监控片只承载分配给它的那些层,因此一 片监控片就是一段从裸玻璃开始的短膜系。整张工作表都围绕这一点:一片上放的层太 多,靠后的层就落在几乎没有摆幅的信号上;放得太少,整炉需要的片数又超过夹具能 装的数量。通常一片放二到四层。

同一片上的所有层使用同一个监控波长。薄到自己产生不了极值点的层,只能借助前一 层的极值点,而那只存在于同一条曲线上。

每片层数按沉积顺序把整炉分配到各监控片上。数字不好看时,首先要调的就是它。

自动 λ 为每片监控片选一个监控波长:使该片上最差的一层停切最准的那个波长。在任何波长下都没有信号的层(例如与监控片折射率相同的层)不参与选择:无论选哪个波长,它都要交给晶控。

全部设为把旁边框内的波长应用到整炉的每一层,适用于全程只用一个监控波长的 设备。

重置方案清除手动输入的监控片编号与波长,回到按每片层数的简单划分。

监控片λ 单元格可直接编辑。波长属于监控片而不属于某一层,因此在任意 一行输入波长,都会改变该片上的所有层。带有相同监控片编号的层即使不是连续镀制, 也位于同一块物理片上,这正是整炉过程中再次用回某一片的方式。

设置面板中:

测量量偏振入射角是监控所看到的量。腔内监控多数在正入射下测透射。

监控片玻璃是监控所观察的监控片。默认跟随设计基底;若监控片与工件不是同一 种玻璃,请另选材料。吸收性基底上的设计必须在透明监控片上监控,就在这里设置。

监控片系数是监控片所得厚度相对于工件所得厚度的倍数。监控片与工件位置相同 时保持为 1。

信号误差是监控读数可能偏离真值的程度,以读数的百分比表示。它与单色监控仿 真器中的随机信号误差是同一个量。

绝对噪声是监控的光度噪声底,以满量程的百分比表示。与信号误差不同,它不随 读数变小,因此在阻带深处信号已消失的波长会被判为不可用,而不是被当成无噪声。 正是它使 Auto λ 避开反射镜自身的阻带。整个摆幅小于此噪声底加信号误差的层没有可用信号,表格会如实显示。

最大 Δd 是允许一层带有的停切厚度误差,以该层厚度的百分比表示。代价超过此 值的层会被标记。

曲线窗口是曲线图打开时一次显示的层数。

每一沉积层一行,按镀制顺序排列。

监控片给出监控片编号及该层在片上的位置,例如 2-1 表示第 2 片上的第 1 层。

λ 是监控波长。该单元格标红,说明这一层在此波长上无法足够准确地停切。

信号是操作者停切时的读数。初始电平是该片起始时的读数,只出现在每片的 第一层上,也就是设置增益的地方。

极值点是该层经过的极值点个数。为 0 表示这一层要借助同片上更早一层的极值点 来读取,或者监控根本看不到这一层在变化:整个摆幅小于监控自身误差的层(例如阻带深处的层)显示为 0,没有幅值,Δd 为 ∞。

幅值是该层可用的完整摆幅,取自停切点前后两个极值点之间。它不是该层实际走 过的摆幅,后者通常更小。

起始摆幅是从该层起始电平到那个极值点的距离,停切摆幅是从该极值点到停 切点的距离。

停切比是停切摆幅除以幅值:停切点落在两个极值点之间的位置。接近 0 时停在极 值上,曲线平坦,电平几乎说明不了厚度;接近 0.5 时停在斜率最陡处,电平信息最充 分;接近 1 时已经接近下一个极值。

Δd 是上述一切最终折算出的结果:当监控按上面设定的信号误差读错时,留下的厚 度误差。它按该层实际使用的停切规则计算,即跟随信号到某一电平,或检测极值处的 反转,因此两者可以放在同一尺度上比较。按时间停切的层没有光学反馈,此列为空。

晶控是晶体监控需要走到的厚度,单位为千埃,每一层都填写。被标记的层正是要交给晶控的层,以正常颜色显示;其余各层显示为灰色。

导出把表格写成 CSV。

表格下方的曲线图就是监控视角下的整炉过程:信号对累计光学厚度,每个停切点都标注 并编号,每层的曲线都以虚线延续到停切之后,使决定其幅值的那个极值点可见。各监控 片以交替底色分带显示,用标记色画出的层就是超出允差的层。

拖动表格与曲线图之间的分隔条,可以把窗口空间分给其中任意一方。

整炉端到端画在一起是看不清的,因此曲线图打开时只显示最前面的若干层。下方的长条 显示整炉全貌,当前可见范围以方框标出:拖动方框沿整炉移动,拖动方框两端可放宽或 收窄视野,在图上滚动滚轮可缩放。工具栏中的重置回到打开时的视图。

曲线在整炉后段逐渐变平的那些层就是需要处理的层。给它们单独一片监控片,换一个 波长,或者接受它们改用晶控。

信号按整片监控片读取:正面生长中的镀层与裸露的背面按非相干方式叠加,与单色监 控仿真器采用同一约定。n = 1.52 的裸片读数为 91.8 %,监控增益就是按这个电平设 置的。监控片悬在腔体内,因此无论设计嵌在何种介质中,监控信号都按镀层上方为空气来读取:夹在两片玻璃之间设计的滤光片,其监控片仍与在空气中一样,第一层的读数是裸片电平,而不是 100 %。

  • H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 5th ed., Ch. 12.
  • A. V. Tikhonravov, M. K. Trubetskov and T. V. Amotchkina, “Statistical approach to choosing a strategy of monochromatic monitoring of optical coating production”, Appl. Opt. 45, 7863 (2006).