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高精度数字式光学膜厚监控系统的研制

鞠兵  
【摘要】:近年来,光学薄膜的应用领域不断扩展,这些应用领域对光学薄膜元器件的性能的要求很高,从而对光学薄膜界提出了严峻的挑战,同时也推动了光学薄膜技术本身的发展。由于光学膜厚光学膜厚监控系统在光学镀膜中的重要作用,国内外许多研究机构和公司已经作了大量研究,并取得大量成果应用于实际镀膜系统中。在光学膜厚监控光学系统方面,国际上各大镀膜机生产厂商,如德国的Leybold、美国的Veeco、日本的Shincron和Optorun等,它们的光学膜厚监控系统性能都很高,而国内镀膜机生产厂商主要有南光机械厂,北京仪器厂等,但国内光学膜厚监控系统水平跟国际上相比相差甚远。为此,本文对光学膜厚监控系统进行详细分析,并研制出高精度数字式光学膜厚监控系统,主要工作包括: 1.论述了光学薄膜技术,国内外光学膜厚监控系统的研究现状、本文研究的目的和意义以及光学膜厚监控系统的原理,并指出光学膜厚监控系统的数字化发展趋势。 2.我们论述了光学膜厚监控系统中的关键部件——锁相放大器的原理,并在国内首次对锁相放大器进行了计算机仿真,模拟出包含宽带噪声和频率噪声的主信号和参考信号进行PSD模拟运算,分析了两种噪声对系统信噪比的影响。针对系统设计中需考虑的问题,我们根据模拟结果和实际光学膜厚监控系统的时间延迟要求,确定出PSD乘法器后的低通滤波器阶数和时间延迟;模拟分析得出,以正弦波做参考和以方波作参考的噪声经相敏检波器(PSD)后的信噪比之比约为1:1,但考虑到方波中的谐波成分会使得锁相放大器的谐波抑制能力较差,应避免使用方波作为参考信号;模拟还表明,在乘法器前加入窄带滤波器对于提高系统的信噪比并无实际意义,但实际锁相放大器中为提高仪器的动


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