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基于白光干涉光谱单峰值波长移动的锗膜厚度测量方案研究:在对比研究目前常用的白光干涉测量方案的基础上,我们发现当两干涉光束的光程差非常小导致其干涉光谱只有一个干涉峰时,常用的基于两相邻干涉峰间距的解调方案不再适用。为此,我们提出了适用于极小光程差并基于干涉光谱单峰值波长移动的测量方案。干涉光谱的峰值波长会随着光程差的增大出现周期性的红移和蓝移,当光程差在较小范围内变化时,峰值波长的移动与光程差成正比。根据这一原理,搭建了光纤白光干涉温度传感系统对这一测量解调方案进行验证,得到了光纤端面半导体锗薄膜的厚度。实验结果显示锗膜的厚度为,与台阶仪测量结果存在,这是因为薄膜表面本身并不光滑,台阶仪的测量结果只能作为参考值。锗膜厚度测量误差主要来自光源的波长漂移和温度控制误差。操作需要一定的专业基础和经验,需要进行充分的培训和实践。高精度膜厚仪设备
薄膜是一种特殊的二维材料,由分子、原子或离子沉积在基底表面形成。近年来,随着材料科学和镀膜技术的不断发展,厚度在纳米量级(几纳米到几百纳米范围内)的薄膜研究和应用迅速增加。与体材料相比,纳米薄膜的尺寸很小,表面积与体积的比值增大,因而表面效应所表现出来的性质非常突出,对于光学性质和电学性质等具有许多独特的表现。纳米薄膜在传统光学领域中的应用越来越广,尤其是在光通讯、光学测量、传感、微电子器件、医学工程等领域有更为广阔的应用前景。苏州膜厚仪产品使用误区白光干涉膜厚仪是一种可用于测量薄膜厚度的仪器,适用于透明薄膜和平行表面薄膜的测量。
2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=kλ,k=1,2,3,4,5...(1)
2e(n22一n12sin2i)1/2+δ’=(2k+1)λ/2,k=0,1,2,3,4,...(2)
当膜的厚度e与波长A不可比拟时,有下列情况出现:(1)膜厚e远远大于波长^时,由于由同一波列分解出来的2列波的光程差已超过相干民度.因而不能相遇,故不能发生干涉…,没有明纹或暗纹出现.(2)膜厚e远远小于波长^时,相干条件(1),(2)式中e一0,2相干光束之间的光程差已主要受半波损失d7的影响,而膜厚e和入射角i实际上对光程差已没有贡献.若半波损失∥存在,就发生相消干涉,反之,就发生相长干涉…,故观察到的要么全是明纹,要么全是暗纹.
傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法,起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出,用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差,并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快,受干扰信号影响较小,但精度不高。根据数字信号处理FFT理论,若输入光源波长范围为[λ1,λ2],则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2-λ1),因此该方法主要应用于解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换,然后滤波、提取主频信号,接着进行逆傅里叶变换、对数运算,之后取其虚部进行相位反包裹运算,从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明,该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。Michelson干涉仪的光路长度是影响仪器精度的重要因素。
基于表面等离子体共振传感的测量方案,利用共振曲线的三个特征参量半高宽、—共振角和反射率小值,通过反演计算得到待测金属薄膜的厚度。该测量方案可同时得到金属薄膜的介电常数和厚度,操作方法简单。我们利用Kretschmann型结构的表面等离子体共振实验系统,测得金膜在入射光波长分别为632.8nm和652.1nm时的共振曲线,由此得到金膜的厚度为55.2nm。由于该方案是一种强度测量方案,测量精度受环境影响较大,且测量结果存在多值性的问题,所以我们进一步对偏振外差干涉的改进方案进行了理论分析,根据P光和S光之间相位差的变化实现厚度测量。白光干涉膜厚仪广泛应用于半导体、光学、电子、化学等领域,为研究和开发提供了有力的手段。膜厚仪测距
随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展。高精度膜厚仪设备
该文主要研究了以半导体锗和贵金属金两种材料为对象,实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性,主要涉及三种方法,分别是白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同,所适用的测量方法也不同。对于折射率高,在通信波段(1550nm附近)不透明的半导体锗膜,选择采用白光干涉的测量方法;而对于厚度更薄的金膜,其折射率为复数,且能够激发表面等离子体效应,因此采用基于表面等离子体共振的测量方法。为了进一步提高测量精度,论文还研究了外差干涉测量法,通过引入高精度的相位解调手段并检测P光和S光之间的相位差来提高厚度测量的精度。高精度膜厚仪设备