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光学真空镀膜机的应用及发展

2020-08-05     mw1950_823668627339052Uvo

本文介绍了光学镀膜机的结构以及镀膜工艺在部件选择和真空室配置等方面的决定性作用,针对Lens的膜系生产提出了镀膜工艺的改进方法,以达到提高生产精度、降低生产和维护成本、减少污染的目的。

光学镀膜是指在真空条件下,用物理的方法在元件表面镀上一层或多层膜的过程。光学镀膜可以改变元件的光学性能,以满足不同场景的需求。随着工业技术的发展,用户对镀膜质量以及生产成本提出了更高的要求,不断提高的用户需求使我们必须不断改进生产工艺。本文介绍了光学镀膜机的结构以及镀膜工艺在部件选择和真空室配置等方面的决定性作用,针对Lens的膜系生产提出了镀膜工艺的改进方法,以达到提高生产精度、降低生产和维护成本、减少污染的目的。

一、光学镀膜机的结构及原理

1、光学镀膜机结构

光学镀膜机由真空系统、蒸镀系统、冷却系统和电气系统组成。

真空系统由真空罐和排气系统组成。真空罐是镀膜机的主体,镀膜过程就是在真空罐中完成的,通过连接阀将真空罐和排气系统相连。为了防止空气分子对溅射离子的影响、提高膜层的质量,在工作时,必须将光学元件和离子源置于真空环境中。排气系统主要由机械泵、罗茨泵和真空泵组成,负责将真空罐内的气体排出,使罐内形成真空环境。

蒸镀系统主要指成膜装置部分,镀膜机器的成膜装置有很多种,如电阻加热、电子枪蒸发、磁控溅射、射频溅射、离子镀等多种方式。

2、光学镀膜机原理

光学镀膜机通过真空溅射的方式在光学元件上涂镀薄膜,以此改变元件对入射光线的反射率和透过率。同时,为了尽可能的减少元件表面的反射损失,提高成像质量,往往涂镀多层薄膜。光学元件镀膜后,光在多层膜层的表面进行多次反射和透射,形成多光束干涉,通过控制膜层的厚度和折射率,可以得到不同的强度分布。利用这一原理可以制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉滤光片等,以满足更加复杂的需求。

二、光学镀膜机的特点及应用

1、光学镀膜机的特点

相比于传统的真空镀膜机,光学镀膜机有以下的特点:

(1)光学薄膜表面光滑,膜层间的折射率在表面上可以跃变,但在膜层内折射率时稳定不变的;

(2)光学镀膜机镀膜过程中基件的温升更低,所以光学镀膜机可以在对温度较敏感的元件的表面镀膜;

(3)对于光学元件的镀膜,光学镀膜机具有更高的精度,膜层更加均匀,光学性能更加稳定。

2、光学镀膜机的应用

光学镀膜机已经在光通信、光显示、激光加工、航空航天和AR、VR等领域得到了广泛的应用。

三、光学镀膜机改进方法

光学镀膜机在实际生产应用中涉及到成本、效率和性能的考量。设备尺寸和蒸发源配置取决于歌尔光学的发展定位,基本上已固定,离子源配置和真空系统效率是主要考量方向。

1、离子源配置

光学镀膜机所配置的离子源如表3-1所示.

表 3- 1 离子源

离子源

原理

工作气体

价格

考夫曼源

热阴极辉光放电产生等离子,静电加速

Ar

中等

霍尔离子源

热阴极辉光放电产生等离子,磁场加速

Ar

较低

射频源

射频感应产生等离子体,静电加速离子

Ar

较贵

GIS

热阴极辉光放电产生等离子,磁场加速及等离子体鞘层加速

Ar

昂贵

考夫曼源的离子能量和束密能够精确控制,放气量和污染小,可以实现冷镀,但是考夫曼源的灯丝及阳极需定期维护,后期维护成本偏高;霍尔离子源结构简单,所需电源数量少,并且离子束发散并有较大均匀区,但是霍尔离子源离子能量低并且不能用于冷镀,气耗大,污染严重;射频源离子能量及束密可以精确控制,均匀区大,并且可以产生零漂移薄膜,无极放电,寿命长,可以节省后期维护成本,但是射频源气耗量较大;GIS源具有长寿命、大均匀区的特点,但是它的阴极材料价格昂贵且污染大。

从成本、性能和污染量三方面综合考虑,我们选取射频源作为离子源,以此保证1.8M镀膜机尺寸下树脂Lens膜的离子束密度和功率。

2、高真空泵的选择

高真空泵配合机械泵进一步降低真空罐内的真空度,较高的真空度有利于提高膜层质量。从购置及维护成本、真空效率、启停时间和污染量等方面综合考虑,我们选取了分子泵取代传统的扩散泵。

相比于传统的扩散泵,分子泵具有抽速大、启动快、无油污染、维护简单等优势,但也存在购置成本高、结构复杂的问题。表3-2为扩散泵与分子泵的对比表。

表 3- 2 扩散泵与分子泵对比表

对比项目

扩散泵

分子泵

工作功率

11.7KW*2

1.5KW*5

保养费用

约2万元

起始真空度

1.5E-2Pa

1.3Pa

启停时间

启动:≤160 min

停止:≤120 min

启动:≤12 min

停止:≥19min

抽速流量

11000L/S

4400L/S

工作环境

无要求

≤25℃

由表3-2可以看出,相同抽速流量下,分子泵相比于扩散泵不仅保养费用低,而且功耗更低、启动时间更短。由于分子泵不使用油液,因此分子泵也不存在油污染的问题。


关键词:真空镀膜,离子源,扩散泵,分子泵 | 作者 :

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