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纳米级膜厚仪测量方法

来源: 发布时间:2024年10月22日

薄膜是指分子 、原子或者是离子在基底表面沉积形成的一种特殊的二维材料。近几十年来,随着材料科学和镀膜工艺的不断发展,厚度在纳米量级(几纳米到几百纳米范围内)薄膜的研究和应用迅速增加。与体材料相比,因为纳米薄膜的尺寸很小,使得表面积与体积的比值增加,表面效应所表现出的性质非常突出,因而在光学性质和电学性质上有许多独特的表现。纳米薄膜应用于传统光学领域,在生产实践中也得到了越来越广泛的应用,尤其是在光通讯、光学测量,传感,微电子器件,生物与医学工程等领域的应用空间更为广阔。它可以用不同的软件进行数据处理和分析,比如建立数据库、统计数据等。纳米级膜厚仪测量方法

白光干涉测量技术,也被称为光学低相干干涉测量技术 ,使用的是低相干的宽谱光源,例如超辐射发光二极管、发光二极管等。同所有的光学干涉原理一样,白光干涉同样是通过观察干涉图样的变化来分析干涉光程差的变化,进而通过各种解调方案实现对待测物理量的测量。采用宽谱光源的优点是由于白光光源的相干长度很小(一般为几微米到几十微米之间),所有波长的零级干涉条纹重合于主极大值,即中心条纹,与零光程差的位置对应。中心零级干涉条纹的存在使测量有了一个可靠的位置的参考值,从而只用一个干涉仪即可实现对被测物理量的测量,克服了传统干涉仪无法实现测量的缺点。同时,相比于其他测量技术,白光干涉测量方法还具有对环境不敏感、抗干扰能力强、测量的动态范围大、结构简单和成本低廉等优点。目前,经过几十年的研究与发展,白光干涉技术在膜厚、压力、温度、应变、位移等等测量领域已经得到广泛的应用。防水膜厚仪主要功能与优势通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度,利用膜层与底材的反射率和相位差来实现测量。

本章主要介绍了基于白光反射光谱和白光垂直扫描干涉联用的靶丸壳层折射率测量方法 。该方法利用白光反射光谱测量靶丸壳层光学厚度,利用白光垂直扫描干涉技术测量光线通过靶丸壳层后的光程增量,二者联立即可求得靶丸折射率和厚度数据。在实验数据处理方面,为解决白光干涉光谱中波峰位置难以精确确定和单极值点判读可能存在干涉级次误差的问题,提出MATLAB曲线拟合测定极值点波长以及利用干涉级次连续性进行干涉级次判定的数据处理方法。应用碳氢(CH)薄膜对测量结果的可靠性进行了实验验证。

薄膜作为重要元件 ,通常使用金属、合金、化合物、聚合物等作为其主要基材,品类涵盖光学膜、电隔膜、阻隔膜、保护膜、装饰膜等多种功能性薄膜,广泛应用于现代光学、电子、医疗、能源、建材等技术领域。常用薄膜的厚度范围从纳米级到微米级不等。纳米和亚微米级薄膜主要是基于干涉效应调制的光学薄膜,包括各种增透增反膜、偏振膜、干涉滤光片和分光膜等。部分薄膜经特殊工艺处理后还具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性,对通讯、显示、存储等领域内光学仪器的质量起决定性作用[1-3],如平面显示器使用的ITO镀膜,太阳能电池表面的SiO2减反射膜等。微米级以上的薄膜以工农业薄膜为主,多使用聚酯材料,具有易改性、可回收、适用范围广等特点。例如6微米厚度以下的电容器膜,20微米厚度以下的大部分包装印刷用薄膜,25~38微米厚的建筑玻璃贴膜及汽车贴膜,以及厚度为25~65微米的防伪标牌及拉线胶带等。微米级薄膜利用其良好的延展、密封、绝缘特性,遍及食品包装、表面保护、磁带基材、感光储能等应用市场,加工速度快,市场占比高。光路长度越长,分辨率越高,但同时也更容易受到静态振动等干扰因素的影响。

白光干涉时域解调方案需要借助机械扫描部件带动干涉仪的反射镜移动 ,补偿光程差,实现对信号的解调[44-45]。系统基本结构如图2-1所示。光纤白光干涉仪的两输出臂分别作为参考臂和测量臂,作用是将待测的物理量转换为干涉仪两臂的光程差变化。测量臂因待测物理量而增加了一个未知的光程,参考臂则通过移动反射镜来实现对测量臂引入的光程差的补偿。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时,即两干涉光束为等光程的时候,出现干涉极大值,可以观察到中心零级干涉条纹,而这一现象与外界的干扰因素无关,因而可据此得到待测物理量的值。干扰输出信号强度的因素包括:入射光功率、光纤的传输损耗、各端面的反射等。外界环境的扰动会影响输出信号的强度,但是对零级干涉条纹的位置不会产生影响。操作需要一定的专业技能和经验,需要进行充分的培训和实践。测量膜厚仪位移计

膜厚仪的干涉测量能力较高,可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。纳米级膜厚仪测量方法

白光干涉在零光程差处 ,出现零级干涉条纹,随着光程差的增加,光源谱宽范围内的每条谱线各自形成的干涉条纹之间互有偏移,叠加的整体效果使条纹对比度下降。测量精度高,可以实现测量,采用白光干涉原理的测量系统的抗干扰能力强,动态范围大,具有快速检测和结构紧凑等优点。普通的激光干涉与白光干涉之间虽然有差别,但也有很多的共同之处。可以说,白光干涉实际上就是将白光看作一系列理想的单色光在时域上的相干叠加,在频域上观察到的就是不同波长对应的干涉光强变化曲线。纳米级膜厚仪测量方法

标签: 光谱共焦

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