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微米級膜厚儀原理

來源: 發布時間:2024-05-14

白光干涉法和激光光源相比具有短相干長度的特點,使得兩束光只有在光程差非常小的情況下才能發生干涉,因此不會產生干擾條紋。同時,白光干涉產生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置,避免了干涉級次不確定的問題。本文基于白光干涉原理對單層透明薄膜厚度測量進行了研究,特別是對厚度小于光源相干長度的薄膜進行了探究。文章首先詳細闡述了白光干涉原理和薄膜測厚原理,然后在金相顯微鏡的基礎上構建了一種型垂直白光掃描系統,作為實驗中測試薄膜厚度的儀器,并利用白光干涉原理對位移量進行了標定。 白光干涉膜厚測量技術的優化需要對實驗方法和算法進行改進;微米級膜厚儀原理

白光干涉時域解調方案通過機械掃描部件驅動干涉儀的反射鏡移動,補償光程差,實現對信號的解調。該系統的基本結構如圖2-1所示。光纖白光干涉儀的兩個輸出臂分別作為參考臂和測量臂,用于將待測的物理量轉換為干涉儀兩臂的光程差變化。測量臂因待測物理量的變化而增加未知光程差,參考臂則通過移動反射鏡來補償測量臂所引入的光程差。當干涉儀兩臂光程差ΔL=0時,即兩個干涉光束的光程相等時,將出現干涉極大值,觀察到中心零級干涉條紋,這種現象與外界的干擾因素無關,因此可以利用它來獲取待測物理量的值。會影響輸出信號強度的因素包括:入射光功率、光纖的傳輸損耗、各端面的反射等。雖然外界環境的擾動會影響輸出信號的強度,但對于零級干涉條紋的位置并不會造成影響。


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針對靶丸自身獨特的特點及極端實驗條件需求 ,使得靶丸參數的測試工作變得異常復雜。如何精確地測定靶丸的光學參數,一直是激光聚變研究者非常關注的課題。由于光學測量方法具有無損、非接觸、測量效率高、操作簡便等優越性,靶丸參數測量通常采用光學測量方式。常用的光學參數測量手段很多,目前,常用于測量靶丸幾何參數或光學參數的測量方法有白光干涉法、光學顯微干涉法、激光差動共焦法等。靶丸殼層折射率是沖擊波分時調控實驗研究中的重要參數,因此,精密測量靶丸殼層折射率十分有意義。而常用的折射率測量方法[13],如橢圓偏振法、折射率匹配法、白光光譜法、布儒斯特角法等。

利用包絡線法計算薄膜的光學常數和厚度,但還存在很多不足,包絡線法需要產生干涉波動,要求在測量波段內存在多個干涉極值點,且干涉極值點足夠多,精度才高。理想的包絡線是根據聯合透射曲線的切點建立的,在沒有正確方法建立包絡線時,通常使用拋物線插值法建立,這樣造成的誤差較大。包絡法對測量對象要求高,如果薄膜較薄或厚度不足情況下,會造成干涉條紋減少,干涉波峰個數較少,要利用干涉極值點建立包絡線就越困難,且利用拋物線插值法擬合也很困難,從而降低該方法的準確度。其次,薄膜吸收的強弱也會影響該方法的準確度,對于吸收較強的薄膜,隨干涉條紋減少,極大值與極小值包絡線逐漸匯聚成一條曲線,該方法就不再適用。因此,包絡法適用于膜層較厚且弱吸收的樣品。隨著技術的進步和應用領域的拓展,白光干涉膜厚儀的性能和功能將不斷提高和擴展 。

干涉法與分光光度法都是利用相干光形成等厚干涉條紋的原理來確定薄膜厚度和折射率 ,然而與薄膜自發產生的等傾干涉不同,干涉法是通過設置參考光路,形成與測量光路間的干涉條紋,因此其相位信息包含兩個部分,分別是由參考平面和測量平面間掃描高度引起的附加相位和由透明薄膜內部多次反射引起的膜厚相位。干涉法測量光路使用面陣CCD接收參考平面和測量平面間相干波面的干涉光強分布,不同于以上三種點測量方式,可一次性生成薄膜待測區域的表面形貌信息,但同時由于存在大量軸向掃描和數據解算,完成單次測量的時間相對較長。總的來說,白光干涉膜厚儀是一種應用廣、具有高精度和可靠性的薄膜厚度測量儀器。國內膜厚儀出廠價

白光干涉膜厚測量技術可以應用于電子工業中的薄膜電阻率測量;微米級膜厚儀原理

白光光譜法克服了干涉級次的模糊識別問題,具有測量范圍大,連續測量時波動范圍小的特點,但在實際測量中,由于測量誤差、儀器誤差、擬合誤差等因素,干涉級次的測量精度仍其受影響,會出現干擾級次的誤判和干擾級次的跳變現象。導致公式計算得到的干擾級次m值與實際譜峰干涉級次m'(整數)之間有誤差。為得到準確的干涉級次,本文依據干涉級次的連續特性設計了校正流程圖,獲得了靶丸殼層光學厚度的精確值。導入白光干涉光譜測量曲線。微米級膜厚儀原理