一种用于镀膜机行星系统中控制球形光学元件膜厚分布的挡板设计方法

摘要

一种用于镀膜机行星系统中控制球形光学元件膜厚分布的挡板设计方法，真空镀膜过程中，膜料以蒸发或溅射方式在真空环境中传输，并在球形光学元件表面上形成厚度非均匀分布的薄膜。分别建立了能真实反映未使用挡板和使用挡板修正时真空镀膜机行星系统中沉积到球形光学元件上的薄膜厚度分布模型。根据未使用挡板时的薄膜厚度分布模型确定真空镀膜过程中薄膜材料的蒸发或溅射特性，在此基础上运用存在挡板修正时的薄膜厚度分布模型理论模拟真空镀膜机行星系统中球形光学元件上的薄膜厚度分布。通过计算机优化挡板设计直至真空镀膜机行星系统中挡板修正后球形光学元件上薄膜厚度分布达到设计需求，获得最优的挡板设计。与传统的挡板设计方法相比较，本发明使用计算机优化挡板设计能实现球形光学元件上薄膜厚度分布的精确控制。

主权项

1.一种用于镀膜机行星系统中控制球形光学元件膜厚分布的挡板设计方法，其特征在于：（1）真空镀膜过程中，膜料以蒸发或溅射方式在真空环境中传输，并在球形光学元件上形成薄膜，所述的球形光学元件因薄膜材料的沉积，在表面上形成非均匀的薄膜厚度分布；（2）运用存在挡板修正时的薄膜厚度分布理论模型模拟真空镀膜机行星系统中球形光学元件上的薄膜厚度分布，使用计算机优化挡板设计直至真空镀膜机行星系统中挡板修正后球形光学元件上薄膜厚度分布达到设计需求，获得最优的挡板设计；所述的存在挡板修正时的薄膜厚度分布理论模型为：$d^{\prime }\left(r_1\right)=\underset{F(x,y)}{\int \int }\frac{u(r,r_1)w^j(r,r_1)B(r,r_1)M(r,r_1)A(x,y)}{{|r-r_1|}^{j+3}}\mathrm{dxdy}---\left(1\right)$式中，矢量r为蒸发或溅射源-球形光学元件-挡板组合系统中坐标原点和蒸发或溅射源表面上坐标点(x,y,z)的连线；矢量r₁为坐标原点和球形光学元件镀膜面上坐标点(x₁,y₁,z₁)的连线；蒸发或溅射源和球形光学元件的表面函数分别为S(x,y,z)＝0和P(x₁,y₁,z₁)＝0；和分别为蒸发或溅射源表面上坐标点(x,y,z)和球形光学元件镀膜面上坐标点(x₁,y₁,z₁)的单位法向量；w(r,r₁)＝s·(r₁-r)和u(r,r₁)＝p·(r-r₁)分别为蒸发或溅射源函数和球形光学元件函数（w(r,r1)和u(r,r1)是定义的两个函数，采用矢量运算表述两矢量间的夹角；w(r,r1)/|r-r₁|和u(r,r1)/|r-r₁|分别代表蒸发或溅射源表面上坐标点(x,y,z)和球形光学元件镀膜面上坐标点(x₁,y₁,z₁)的连线与蒸发或溅射源单位法向量和球形光学元件单位法向量间的夹角；A(x，y)为蒸发或溅射源表面函数S(x,y,z)＝0的面元函数，定义为：F(x,y)为蒸发或溅射源表面函数S(x,y,z)＝0在x-y平面上的投影；|r-r₁|为蒸发或溅射源表面上坐标点(x,y,z)和球形光学元件镀膜面上坐标点(x₁,y₁,z₁)的距离；j为蒸发或溅射源特性参量；B(r,r₁)为被蒸发或溅射膜料沉积角校正函数，定义为：M(r,r₁)为挡板遮挡函数，定义为：当蒸发或溅射源表面上坐标点(x,y,z)和球形光学元件镀膜面上坐标点(x₁,y₁,z₁)的连线在挡板放置平面上的投影轨迹和挡板的轨迹相交时，挡板遮挡函数M(r,rX)取0；当两者不相交时，挡板遮挡函数M(r,r₁)取1；（3）真空镀膜过程中薄膜材料的蒸发或溅射特性j通过如下方式确定：在未使用挡板时，通过实验测量真空镀膜机行星系统中球形光学元件上非均匀薄膜厚度分布，并由未使用挡板时的薄膜厚度分布理论模型拟合确定薄膜材料的蒸发或溅射特性；所述的未使用挡板时的薄膜厚度分布理论模型为：$d\left(r_1\right)=\underset{F(x,y)}{\int \int }\frac{u(r,r_1)w^j(r,r_1)B(r,r_1)A(x,y)}{{|r-r_1|}^{j+3}}\mathrm{dxdy}----\left(3\right).$