高性能膜厚仪

为限度提高靶丸内爆压缩效率 ，期望靶丸所有几何参数、物性参数均为理想球对称状态。因此，需要对靶丸壳层厚度分布进行精密的检测。靶丸壳层厚度常用的测量手法有X射线显微辐照法、激光差动共焦法、白光干涉法等。下面分别介绍了各个方法的特点与不足，以及各种测量方法的应用领域。白光干涉法[30]是以白光作为光源，宽光谱的白光准直后经分光棱镜分成两束光，一束光入射到参考镜。一束光入射到待测样品。由计算机控制压电陶瓷(PZT)沿Z轴方向进行扫描，当两路之间的光程差为零时，在分光棱镜汇聚后再次被分成两束，一束光通过光纤传输，并由光谱仪收集，另一束则被传递到CCD相机，用于样品观测。利用光谱分析算法对干涉信号图进行分析得到薄膜的厚度。该方法能应用靶丸壳层壁厚的测量，但是该测量方法需要已知靶丸壳层材料的折射率，同时，该方法也难以实现靶丸壳层厚度分布的测量。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；高性能膜厚仪

在激光惯性约束核聚变实验中 ，靶丸的物性参数和几何参数是靶丸制备工艺改进和仿真模拟核聚变实验过程的基础，因此如何对靶丸多个参数进行同步、高精度、无损的综合检测是激光惯性约束核聚变实验中的关键问题。以上各种薄膜厚度及折射率的测量方法各有利弊，但针对本文实验，仍然无法满足激光核聚变技术对靶丸参数测量的高要求，靶丸参数测量存在以下问题：不能对靶丸进行破坏性切割测量，否则，被破坏后的靶丸无法用于于下一步工艺处理或者打靶实验；需要同时测得靶丸的多个参数，不同参数的单独测量，无法提供靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化现象和规律，并且效率低下、没有统一的测量标准。靶丸属于自支撑球形薄膜结构，曲面应力大、难展平的特点导致靶丸与基底不能完全贴合，在微区内可看作类薄膜结构膜厚仪量大从优白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进；

极值法求解过程计算简单 ，速度快，同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题，测试范围广，但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素，以至于精度不够高。此外，由于受曲线拟合精度的限制，该方法对膜厚的测量范围有要求，通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm，以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限，并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值，引入适合的色散模型，再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率（通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率）有所不同，建立评价函数，当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时，我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。

论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象 ，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，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，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。白光干涉膜厚测量技术的优化需要对实验方法和算法进行改进 。

光纤白光干涉测量使用的是宽谱光源 。光源的输出光功率和中心波长的稳定性是光源选取时需要重点考虑的参数。论文所设计的解调系统是通过检测干涉峰值的中心波长的移动实现的，所以光源中心波长的稳定性将对实验结果产生很大的影响。实验中我们所选用的光源是由INPHENIX公司生产的SLED光源，相对于一般的宽带光源具有输出功率高、覆盖光谱范围宽等特点。该光源采用+5V的直流供电，标定中心波长为1550nm，且其输出功率在一定范围内是可调的，驱动电流可以达到600mA。标准样品的选择和使用对于保持仪器准确度至关重要。膜厚仪量大从优

白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的非接触式测量；高性能膜厚仪

靶丸壳层折射率 、厚度及其分布参数是激光惯性约束聚变（ICF）物理实验中非常关键的参数，精密测量靶丸壳层折射率、厚度及其分布对ICF精密物理实验研究具有非常重要的意义。由于靶丸尺寸微小（亚毫米量级）、结构特殊（球形结构）、测量精度要求高，如何实现靶丸壳层折射率及其厚度分布的精密测量是靶参数测量技术研究中重要的研究内容。本论文针对靶丸壳层折射率及厚度分布的精密测量需求，开展了基于白光干涉技术的靶丸壳层折射率及厚度分布测量技术研究。高性能膜厚仪