納米級(jí)膜厚儀原理

本章主要介紹了基于白光反射光譜和白光垂直掃描干涉聯(lián)用的靶丸殼層折射率測(cè)量方法 。該方法利用白光反射光譜測(cè)量靶丸殼層光學(xué)厚度，利用白光垂直掃描干涉技術(shù)測(cè)量光線通過(guò)靶丸殼層后的光程增量，二者聯(lián)立即可求得靶丸折射率和厚度數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面，為解決白光干涉光譜中波峰位置難以精確確定和單極值點(diǎn)判讀可能存在干涉級(jí)次誤差的問(wèn)題，提出MATLAB曲線擬合測(cè)定極值點(diǎn)波長(zhǎng)以及利用干涉級(jí)次連續(xù)性進(jìn)行干涉級(jí)次判定的數(shù)據(jù)處理方法。應(yīng)用碳?xì)?CH)薄膜對(duì)測(cè)量結(jié)果的可靠性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的快速測(cè)量和分析。納米級(jí)膜厚儀原理

在激光慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)中 ，靶丸的物性參數(shù)和幾何參數(shù)是靶丸制備工藝改進(jìn)和仿真模擬核聚變實(shí)驗(yàn)過(guò)程的基礎(chǔ)，因此如何對(duì)靶丸多個(gè)參數(shù)進(jìn)行同步、高精度、無(wú)損的綜合檢測(cè)是激光慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題。以上各種薄膜厚度及折射率的測(cè)量方法各有利弊，但針對(duì)本文實(shí)驗(yàn)，仍然無(wú)法滿足激光核聚變技術(shù)對(duì)靶丸參數(shù)測(cè)量的高要求，靶丸參數(shù)測(cè)量存在以下問(wèn)題：不能對(duì)靶丸進(jìn)行破壞性切割測(cè)量，否則，被破壞后的靶丸無(wú)法用于于下一步工藝處理或者打靶實(shí)驗(yàn)；需要同時(shí)測(cè)得靶丸的多個(gè)參數(shù)，不同參數(shù)的單獨(dú)測(cè)量，無(wú)法提供靶丸制備和核聚變反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化現(xiàn)象和規(guī)律，并且效率低下、沒(méi)有統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。靶丸屬于自支撐球形薄膜結(jié)構(gòu)，曲面應(yīng)力大、難展平的特點(diǎn)導(dǎo)致靶丸與基底不能完全貼合，在微區(qū)內(nèi)可看作類薄膜結(jié)構(gòu)高速膜厚儀成本價(jià)白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的優(yōu)化需要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和算法進(jìn)行改進(jìn) 。

與激光光源相比以白光的寬光譜光源由于具有短相干長(zhǎng)度的特點(diǎn)使得兩光束只有在光程差極小的情況下才能發(fā)生干涉因此不會(huì)產(chǎn)生干擾條紋。同時(shí)由于白光干涉產(chǎn)生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置避免了干涉級(jí)次不確定的問(wèn)題。本文以白光干涉原理為理論基礎(chǔ)對(duì)單層透明薄膜厚度測(cè)量尤其對(duì)厚度小于光源相干長(zhǎng)度的薄膜厚度測(cè)量進(jìn)行了研究。首先從白光干涉測(cè)量薄膜厚度的原理出發(fā)、分別詳細(xì)闡述了白光干涉原理和薄膜測(cè)厚原理。接著在金相顯微鏡的基礎(chǔ)上構(gòu)建了垂直型白光掃描系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)中測(cè)試薄膜厚度的儀器并利用白光干涉原理對(duì)的位移量進(jìn)行了標(biāo)定。

白光掃描干涉法能免除色光相移干涉術(shù)測(cè)量的局限性。白光掃描干涉法采用白光作為光源，白光作為一種寬光譜的光源，相干長(zhǎng)度較短，因此發(fā)生干涉的位置只能在很小的空間范圍內(nèi)。而且在白光干涉時(shí)，有一個(gè)確切的零點(diǎn)位置。當(dāng)測(cè)量光和參考光的光程相等時(shí)，所有波段的光都會(huì)發(fā)生相長(zhǎng)干涉，這時(shí)就能觀測(cè)到有一個(gè)很明亮的零級(jí)條紋，同時(shí)干涉信號(hào)也出現(xiàn)最大值，通過(guò)分析這個(gè)干涉信號(hào)，就能得到表面上對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的相對(duì)高度，從而得到被測(cè)物體的幾何形貌。白光掃描干涉術(shù)是通過(guò)測(cè)量干涉條紋來(lái)完成的，而干涉條紋的清晰度直接影響測(cè)試精度。因此，為了提高精度，就需要更為復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，這使得條紋的測(cè)量變成一項(xiàng)費(fèi)力又費(fèi)時(shí)的工作。白光干涉膜厚儀需要校準(zhǔn)。

薄膜在現(xiàn)代光學(xué)、電子、醫(yī)療、能源和建材等技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可以提高器件性能。但是由于薄膜制備工藝和生產(chǎn)環(huán)境等因素的影響，成品薄膜存在厚度分布不均和表面粗糙度大等問(wèn)題，導(dǎo)致其光學(xué)和物理性能無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響其性能和應(yīng)用。因此，需要開(kāi)發(fā)出精度高、體積小、穩(wěn)定性好的測(cè)量系統(tǒng)以滿足微米級(jí)工業(yè)薄膜的在線檢測(cè)需求。當(dāng)前的光學(xué)薄膜測(cè)厚方法無(wú)法同時(shí)兼顧高精度、輕小體積和合理的成本，而具有納米級(jí)測(cè)量分辨率的商用薄膜測(cè)厚儀器價(jià)格昂貴、體積大，無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量需求。因此，提出了一種基于反射光譜原理的高精度工業(yè)薄膜厚度測(cè)量解決方案，研發(fā)了小型化、低成本的薄膜厚度測(cè)量系統(tǒng)，并提出了一種無(wú)需標(biāo)定樣品的高效穩(wěn)定的膜厚計(jì)算算法。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)工業(yè)薄膜的厚度測(cè)量。總結(jié)，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用廣、具有高精度和可靠性的薄膜厚度測(cè)量?jī)x器。國(guó)內(nèi)膜厚儀安裝操作注意事項(xiàng)

可測(cè)量大氣壓下薄膜厚度在1納米到1毫米之間。納米級(jí)膜厚儀原理

光纖白光干涉測(cè)量使用的是寬譜光源。在選擇光源時(shí)，需要重點(diǎn)考慮光源的輸出光功率和中心波長(zhǎng)的穩(wěn)定性。由于本文所設(shè)計(jì)的解調(diào)系統(tǒng)是通過(guò)測(cè)量干涉峰值的中心波長(zhǎng)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此光源中心波長(zhǎng)的穩(wěn)定性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響。實(shí)驗(yàn)中我們選擇使用由INPHENIX公司生產(chǎn)的SLED光源，相對(duì)于一般的寬帶光源具有輸出功率高、覆蓋光譜范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。該光源采用+5V的直流供電，標(biāo)定中心波長(zhǎng)為1550nm，且其輸出功率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到600mA。納米級(jí)膜厚儀原理