摘要：针对直接式光学膜厚监控系统中卤素灯光源发散和探测器接收信号幅值弱，导致短波波段监控精度差，并且制备窄带滤光膜（带宽<5 nm）监控误差大引起光谱矩形度差等问题，通过分析HLX64623卤素灯的光强分布和光纤耦合原理，根据镀膜机的结构参数设计准直聚焦耦合光路系统的初始结构，通过采用非球面U型反光镜结构和自由曲面透镜实现发散光源的准直以及光信号聚焦与光纤耦合，利用Zemax软件以基板和光纤接收端面上的辐照强度和光斑尺寸为优化目标进行迭代优化，相比于独立光源结构，优化后基板辐照强度提高了147%，光纤接收端辐照强度从0提高到1.53%。将准直聚焦耦合光路系统安装在镀膜机上进行测试，相比独立光源信号强度提高了362.3%，信噪比提高了91.9%，通过制备365 nm带宽10 nm的窄带滤光膜，连续镀制三炉的中心波长偏移量在1 nm以内，半高宽均为10 nm。实验结果表明，该装置可实现对近紫外到可见近红外波段高精度窄带滤光膜的稳定监控。