用于3d结构光940nm窄带滤光片的开发【字数：15647】
窄带滤光片是3D结构光人脸识别接收模组的重要组成部分，人脸识别精确率很大程度上取决于滤光片性能优劣，所以高性能窄带滤光片的开发对于红外人脸识别尤为重要。在本项目中,膜系设计方面利用基础多腔全介质膜系，膜堆进行设计；在材料方面，选用Si与Si02高低折射率匹配；监控方式上使用光控方法监控膜层厚度；在制备方面，调整沉积速率，温度等工程参数，采用磁控溅射方式镀制薄膜；同时针对窄带滤光片镀制难度大，外观物理特性普遍欠佳，成本高，通过优化设备参数，改进工艺流程极大的降低生产成本。所镀制薄膜垂直入射条件下，光学性能中心波长940nm透射率高达95%以上，垂直入射与30度入射时中心波长漂移小于11nm，物理外观良好，满足高性能窄带滤光片的开发要求。
目 录
1.绪论 1
1.1概述 1
1.2 结构光与窄带滤光片 2
1.2.1 结构光的原理及研究现状 2
1.2.2 滤光片的原理及研究现状 3
1.3 本课题的主要内容 5
2.膜系设计 6
2.1薄膜干涉理论 6
2.2窄带滤片的理论设计基础 9
2.2.1法布里一珀珞滤光片 9
2.3窄带滤光片的基础膜系设计 11
2.3.1膜层材料的选择 11
2.3.2膜系设计 13
3.膜层的制备 18
3.1 镀膜设备 18
3.2制备工艺因素分析 19
3.2.1基板处理 19
3.2.2薄膜淀积速率 19
3.2.3基板温度 20
3.2.4真空系统真空度 20
3.3膜层厚度的监控 20
3.4镀膜基本流程 22
3.41 HELIOS800设备规程 22
3.42滤光片制备工艺流程 22
4.测试结果与分析 24
4.1光学特性测试结果与分析 24
4.2窄带滤光片外观分析与改进 25
5. 总结 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1概述
薄膜光 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
学是现代物理光学的一个分支，理论方面主要研究光波在不同分层介质中传播的规律特性，以此分类可以划分为分光透射特性，分光反射特性，分光吸收特性，光的偏振状态和相位变化等。实际应用于各种光学仪器镜面镀膜处理，获得光学仪器所需光学特性。物理光学离不开光学仪器的使用，而现代光学仪器离不开光学镀膜，所以薄膜光学是现代物理光学的重要组成部分。
薄膜光学的发展历程可以大致划分为5个阶段，见下表1.1
表1.1光学薄膜的形成与发展
最初的萌芽阶段
十七世纪发现牛顿环
最早的起步阶段
1817年夫琅和费用酸蚀法制造出第一批增透膜层
1899年出现的法布里一珀珞一标准具
理论基础阶段
1873年麦克斯韦发表其著作《电与磁》
早期发展阶段
1930年发明油扩散泵
全面发展时期
十九世纪40年代以后光学薄膜可在工业上批量生产
全面发展时期比较具有影响力的薄膜光学著作，见表1.2
表1.2较具有影响力的薄膜光学著作
作者
年代
书名
主要内容
瓦施切克
1956
“薄膜光学”
阐述了各种薄膜光学理论与各种膜系的计算方法
麦克劳得
1969
“薄膜光学滤光器”
借助电子计算机技术,利用干涉矩阵的特性来计算光学薄膜
尼特尔
1976
“薄膜光学”
对光学薄膜技术做了系统全面的的分析与讨论
制备光学薄膜一般有两种方式：物理气相沉积与化学气相沉积。
物理气相沉积：在真空状态下，将所需镀的材料使用物理方法注入能量使其从固态或液态材料转化为气态原子，分子，部分电离离子后，经过等离子体过程，最终附着凝聚沉积在基材表面，使其具有相应的光学特性的光学镀膜技术。物理气相沉积，沉积速率可控，生产制备薄膜光学性能优异，物理机械性能良好，应用范围广泛，已经成为现代薄膜制备的主要镀膜技术。物理气相沉积采用的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。其中溅射镀膜又分为阴极溅射，高频溅射，磁控溅射和反应溅射等。
本文采用溅射镀膜中的磁控溅射制备窄带滤光片。
化学气相沉积：是利用化学反应原理，使要镀膜的材料在衬底基材表面相互反应，其生成物附着在上面沉积形成薄膜，使其具有特有光学特性的镀膜技术。由于化学反应速率控制难度较大，附带生成物成分复杂，应用范围较小。
1.2 结构光，窄带滤光片的原理及研究现状
1.2.1结构光的原理及研究现状
结构光是由一组发射光波的投影装置和接受光波的摄像头组成的系统结构。用投影装置发射含有特殊光学信息的光波到被测物体表面以及背景后，然后特有的光学信息由摄像头采集。根据光波在物体上光信号的的变化强弱程度，结合算法来计算物体的坐标位置和景深等信息，进而复原物体所在的整个三维空间。
（1）结构光分类：
结构光可以大致分为点结构光，线结构光，多线结构光，编码结构光，3D结构光。
①点结构光法是简单的结构光系统，投影发射端，摄像头，被测物三个位置相对固定，大致为一个三角形，也成三角法。由于发射端是单点光源，意味着只能单个测量，处理速度较慢。
②线结构光法：即在点结构光基础上，由点到线，投射光源为平面狭缝光，每次投射一个结构光条纹，每次处理图像信息可以得到一个截面的景深，多次通过改变投影装置角度，就可以获得更多截面的深度，进而获得整个被测物的深度。
③多线结构光法：在线结构光为基础上，顾名思义就是从单一的线增加到多个线，同时投射结构光条纹，处理光波信息，得到被测物景深，图像处理效率得到了较大提升。
目 录
1.绪论 1
1.1概述 1
1.2 结构光与窄带滤光片 2
1.2.1 结构光的原理及研究现状 2
1.2.2 滤光片的原理及研究现状 3
1.3 本课题的主要内容 5
2.膜系设计 6
2.1薄膜干涉理论 6
2.2窄带滤片的理论设计基础 9
2.2.1法布里一珀珞滤光片 9
2.3窄带滤光片的基础膜系设计 11
2.3.1膜层材料的选择 11
2.3.2膜系设计 13
3.膜层的制备 18
3.1 镀膜设备 18
3.2制备工艺因素分析 19
3.2.1基板处理 19
3.2.2薄膜淀积速率 19
3.2.3基板温度 20
3.2.4真空系统真空度 20
3.3膜层厚度的监控 20
3.4镀膜基本流程 22
3.41 HELIOS800设备规程 22
3.42滤光片制备工艺流程 22
4.测试结果与分析 24
4.1光学特性测试结果与分析 24
4.2窄带滤光片外观分析与改进 25
5. 总结 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1概述
薄膜光 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
学是现代物理光学的一个分支，理论方面主要研究光波在不同分层介质中传播的规律特性，以此分类可以划分为分光透射特性，分光反射特性，分光吸收特性，光的偏振状态和相位变化等。实际应用于各种光学仪器镜面镀膜处理，获得光学仪器所需光学特性。物理光学离不开光学仪器的使用，而现代光学仪器离不开光学镀膜，所以薄膜光学是现代物理光学的重要组成部分。
薄膜光学的发展历程可以大致划分为5个阶段，见下表1.1
表1.1光学薄膜的形成与发展
最初的萌芽阶段
十七世纪发现牛顿环
最早的起步阶段
1817年夫琅和费用酸蚀法制造出第一批增透膜层
1899年出现的法布里一珀珞一标准具
理论基础阶段
1873年麦克斯韦发表其著作《电与磁》
早期发展阶段
1930年发明油扩散泵
全面发展时期
十九世纪40年代以后光学薄膜可在工业上批量生产
全面发展时期比较具有影响力的薄膜光学著作，见表1.2
表1.2较具有影响力的薄膜光学著作
作者
年代
书名
主要内容
瓦施切克
1956
“薄膜光学”
阐述了各种薄膜光学理论与各种膜系的计算方法
麦克劳得
1969
“薄膜光学滤光器”
借助电子计算机技术,利用干涉矩阵的特性来计算光学薄膜
尼特尔
1976
“薄膜光学”
对光学薄膜技术做了系统全面的的分析与讨论
制备光学薄膜一般有两种方式：物理气相沉积与化学气相沉积。
物理气相沉积：在真空状态下，将所需镀的材料使用物理方法注入能量使其从固态或液态材料转化为气态原子，分子，部分电离离子后，经过等离子体过程，最终附着凝聚沉积在基材表面，使其具有相应的光学特性的光学镀膜技术。物理气相沉积，沉积速率可控，生产制备薄膜光学性能优异，物理机械性能良好，应用范围广泛，已经成为现代薄膜制备的主要镀膜技术。物理气相沉积采用的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。其中溅射镀膜又分为阴极溅射，高频溅射，磁控溅射和反应溅射等。
本文采用溅射镀膜中的磁控溅射制备窄带滤光片。
化学气相沉积：是利用化学反应原理，使要镀膜的材料在衬底基材表面相互反应，其生成物附着在上面沉积形成薄膜，使其具有特有光学特性的镀膜技术。由于化学反应速率控制难度较大，附带生成物成分复杂，应用范围较小。
1.2 结构光，窄带滤光片的原理及研究现状
1.2.1结构光的原理及研究现状
结构光是由一组发射光波的投影装置和接受光波的摄像头组成的系统结构。用投影装置发射含有特殊光学信息的光波到被测物体表面以及背景后，然后特有的光学信息由摄像头采集。根据光波在物体上光信号的的变化强弱程度，结合算法来计算物体的坐标位置和景深等信息，进而复原物体所在的整个三维空间。
（1）结构光分类：
结构光可以大致分为点结构光，线结构光，多线结构光，编码结构光，3D结构光。
①点结构光法是简单的结构光系统，投影发射端，摄像头，被测物三个位置相对固定，大致为一个三角形，也成三角法。由于发射端是单点光源，意味着只能单个测量，处理速度较慢。
②线结构光法：即在点结构光基础上，由点到线，投射光源为平面狭缝光，每次投射一个结构光条纹，每次处理图像信息可以得到一个截面的景深，多次通过改变投影装置角度，就可以获得更多截面的深度，进而获得整个被测物的深度。
③多线结构光法：在线结构光为基础上，顾名思义就是从单一的线增加到多个线，同时投射结构光条纹，处理光波信息，得到被测物景深，图像处理效率得到了较大提升。
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