직접식 광학 박막 두께 모니터링 시스템에서 할로겐 광원의 발산과 검출기 수신 신호의 약한 진폭으로 인해 단파장 대역에서 모니터링 정확도가 낮고, 협대역 필터막(대역폭 < 5 nm) 제조 시 모니터링 오차가 커서 스펙트럼 직사각형도가 저하되는 문제를 해결하기 위해 HLX64623 할로겐 램프의 광강도 분포와 광섬유 결합 원리를 분석하고, 도금기 구조 매개변수에 따라 콜리메이션 집속 결합 광로 시스템의 초기 구조를 설계하였다. 비구면 U자형 반사경 구조와 자유곡면 렌즈를 사용하여 발산 광원의 콜리메이션과 광신호의 집중 및 광섬유 결합을 실현하였으며, Zemax 소프트웨어를 이용해 기판과 광섬유 수신 단면의 조사 강도 및 광점 크기를 최적화 목표로 반복 최적화를 수행하였다. 독립 광원 구조에 비해 최적화 후 기판 조사 강도는 147% 향상되었고, 광섬유 수신단 조사 강도는 0에서 1.53%로 증가하였다. 콜리메이션 집속 결합 광로 시스템을 도금기에 장착하여 테스트한 결과, 독립 광원 대비 신호 강도는 362.3% 향상되었고 신호대잡음비는 91.9% 향상되었다. 대역폭 10 nm, 중심파장 365 nm 협대역 필터막을 제작하여 연속 3벌도금의 중심파장 편차가 1 nm 이내였으며, 반치폭은 10 nm였다. 실험 결과 해당 장치는 근자외선부터 가시근적외선 대역까지 고정밀 협대역 필터막의 안정적인 모니터링을 실현할 수 있음을 보여주었다.

광학 박막; 박막 두께 모니터링; 광로 설계; 광섬유 결합; 광학 막 두께