在激光慣性約束核聚變實驗中,靶丸的物性參數和幾何參數是靶丸制備工藝改進和仿真模擬核聚變實驗過程的基礎,因此如何對靶丸多個參數進行同步、高精度、無損的綜合檢測是激光慣性約束核聚變實驗中的關鍵問題。以上各種薄膜厚度及折射率的測量方法各有利弊,但針對本文實驗,仍然無法滿足激光核聚變技術對靶丸參數測量的高要求,靶丸參數測量存在以下問題:不能對靶丸進行破壞性切割測量,否則,被破壞后的靶丸無法用于于下一步工藝處理或者打靶實驗;需要同時測得靶丸的多個參數,不同參數的單獨測量,無法提供靶丸制備和核聚變反應過程中發生的結構變化現象和規律,并且效率低下、沒有統一的測量標準。靶丸屬于自支撐球形薄膜結構,曲面應力大、難展平的特點導致靶丸與基底不能完全貼合,在微區內可看作類薄膜結構白光干涉膜厚測量技術的研究需要對光學理論和光學儀器有較深入的了解。品牌膜厚儀招商加盟
光譜擬合法易于測量具有應用領域,由于使用了迭代算法,因此該方法的優缺點在很大程度上取決于所選擇的算法。隨著各種全局優化算法的引入,遺傳算法和模擬退火算法等新算法被用于薄膜參數的測量。其缺點是不夠實用,該方法需要一個較好的薄膜的光學模型(包括色散系數、吸收系數、多層膜系統),但是在實際測試過程中,薄膜的色散和吸收的公式通常不準確,尤其是對于多層膜體系,建立光學模型非常困難,無法用公式準確地表示出來。在實際應用中只能使用簡化模型,因此,通常全光譜擬合法不如極值法有效。另外該方法的計算速度慢也不能滿足快速計算的要求。國內膜厚儀信賴推薦白光干涉膜厚測量技術可以對薄膜的厚度、反射率、折射率等光學參數進行測量。
基于表面等離子體共振傳感的測量方案,利用共振曲線的三個特征參量—共振角、半高寬和反射率小值,通過反演計算得到待測金屬薄膜的厚度。該測量方案可同時得到金屬薄膜的介電常數和厚度,操作方法簡單。我們利用Kretschmann型結構的表面等離子體共振實驗系統,測得金膜在入射光波長分別為632.8nm和652.1nm時的共振曲線,由此得到金膜的厚度為55.2nm。由于該方案是一種強度測量方案,測量精度受環境影響較大,且測量結果存在多值性的問題,所以我們進一步對偏振外差干涉的改進方案進行了理論分析,根據P光和S光之間相位差的變化實現厚度測量。
為了分析白光反射光譜的測量范圍,開展了不同壁厚的靶丸殼層白光反射光譜測量實驗。圖是不同殼層厚度靶丸的白光反射光譜測量曲線,如圖所示,對于殼層厚度30μm的靶丸,其白光反射光譜各譜峰非常密集、干涉級次數值大;此外,由于靶丸殼層的吸收,壁厚較大的靶丸信號強度相對較弱。隨著靶丸殼層厚度的進一步增加,其白光反射光譜各譜峰將更加密集,難以實現對各干涉譜峰波長的測量。為實現較大厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量,需采用紅外的寬譜光源和光譜探測器。對于殼層厚度為μm的靶丸,測量的波峰相對較少,容易實現靶丸殼層白光反射光譜譜峰波長的準確測量;隨著靶丸殼層厚度的進一步減小,兩干涉信號之間的光程差差異非常小,以至于他們的光譜信號中只有一個干涉波峰,基于峰值探測的白光反射光譜方法難以實現其厚度的測量;為實現較小厚度靶丸殼層厚度的白光反射光譜測量,可采用紫外的寬譜光源和光譜探測器提升其探測厚度下限。 白光干涉膜厚測量技術可以通過對干涉圖像的分析實現對薄膜的表面和內部結構測量。
白光干涉測量技術,也被稱為光學低相干干涉測量技術,使用的是低相干的寬譜光源,例如超輻射發光二極管、發光二極管等。同所有的光學干涉原理一樣,白光干涉同樣是通過觀察干涉圖樣的變化來分析干涉光程差的變化,進而通過各種解調方案實現對待測物理量的測量。采用寬譜光源的優點是由于白光光源的相干長度很小(一般為幾微米到幾十微米之間),所有波長的零級干涉條紋重合于主極大值,即中心條紋,與零光程差的位置對應。中心零級干涉條紋的存在使測量有了一個可靠的位置的參考值,從而只用一個干涉儀即可實現對被測物理量的測量,克服了傳統干涉儀無法實現測量的缺點。同時,相比于其他測量技術,白光干涉測量方法還具有對環境不敏感、抗干擾能力強、測量的動態范圍大、結構簡單和成本低廉等優點。目前,經過幾十年的研究與發展,白光干涉技術在膜厚、壓力、溫度、應變、位移等等測量領域已經得到廣泛的應用。白光干涉膜厚測量技術可以應用于生物醫學中的薄膜生物學特性分析。膜厚儀安裝操作注意事項
白光干涉膜厚測量技術可以應用于光學涂層中的薄膜反射率測量。品牌膜厚儀招商加盟
極值法求解過程計算簡單,速度快,同時確定薄膜的多個光學常數及解決多值性問題,測試范圍廣,但沒有考慮薄膜均勻性和基底色散的因素,以至于精度不夠高。此外,由于受曲線擬合精度的限制,該方法對膜厚的測量范圍有要求,通常用這種方法測量的薄膜厚度應大于200nm且小于10μm,以確保光譜信號中的干涉波峰數恰當。全光譜擬合法是基于客觀條件或基本常識來設置每個擬合參數上限、下限,并為該區域的薄膜生成一組或多組光學參數及厚度的初始值,引入適合的色散模型,再根據麥克斯韋方程組的推導。這樣求得的值自然和實際的透過率和反射率(通過光學系統直接測量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立評價函數,當計算的透過率/反射率與實際值之間的偏差小時,我們就可以認為預設的初始值就是要測量的薄膜參數。品牌膜厚儀招商加盟