微米級(jí)膜厚儀測(cè)量?jī)x

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)過程的基礎(chǔ)，因此如何對(duì)靶丸多個(gè)參數(shù)進(jìn)行高精度、同步、無損的綜合檢測(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，無法提供靶丸制備和核聚變反應(yīng)過程中發(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)?？偟膩碚f，白光干涉膜厚儀是一種應(yīng)用很廣的測(cè)量薄膜厚度的儀器。微米級(jí)膜厚儀測(cè)量?jī)x

折射率分別為1．45和1．62的2塊玻璃板，使其一端相接觸，形成67的尖劈．將波長為550nm的單色光垂直投射在劈上，并在上方觀察劈的干涉條紋，試求條紋間距。

我們可以分2種可能的情況來討論：

一般玻璃的厚度可估計(jì)為1mm的量級(jí)，這個(gè)量級(jí)相對(duì)于光的波長550nm而言，應(yīng)該算是膜厚e遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長^的厚玻璃了，所以光線通過上玻璃板時(shí)應(yīng)該無干涉現(xiàn)象，同理光線通過下玻璃板時(shí)也無干涉現(xiàn)象．空氣膜厚度因劈角很小而很薄，與波長可比擬，所以光線通過空氣膜應(yīng)該有干涉現(xiàn)象，在空氣膜的下表面處有一半波損失，故光程差應(yīng)該為2n₂e+λ/2．

(2)假設(shè)玻璃板厚度的量級(jí)與可見光波長量級(jí)可比擬，當(dāng)單色光垂直投射在劈尖上時(shí)，上玻璃板能滿足形成薄膜干涉的條件，其光程差為2n2e+λ/2，下玻璃板也能滿足形成薄膜于涉的條件，光程差為2n₁h+λ／2，但由于玻璃板膜厚均勻，h不變，人射角i=儼也不變，故玻璃板形成的薄膜干涉為等傾又等厚干涉條紋，要么玻璃板全亮，要么全暗，它不會(huì)影響空氣劈尖干涉條紋的位置和條紋間距?？諝馀飧缮婀獬滩钊詾?n2e+λ/2，但玻璃板會(huì)影響劈尖干涉條紋的亮度對(duì)比度． 微米級(jí)膜厚儀測(cè)量?jī)x光路長度越長，儀器分辨率越高，但也越容易受到干擾因素的影響，需要采取降噪措施。

光學(xué)測(cè)厚方法結(jié)合了光學(xué)、機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，以光波長為測(cè)量基準(zhǔn)，從原理上保證了納米級(jí)的測(cè)量精度。由于光學(xué)測(cè)厚是非接觸式的測(cè)量方法，因此被用于精密元件表面形貌及厚度的無損測(cè)量。針對(duì)薄膜厚度的光學(xué)測(cè)量方法，可以按照光吸收、透反射、偏振和干涉等不同光學(xué)原理分為分光光度法、橢圓偏振法、干涉法等多種測(cè)量方法。不同的測(cè)量方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。因此，有一些研究采用了多通道式復(fù)合測(cè)量法，結(jié)合多種測(cè)量方法，例如橢圓偏振法和光度法結(jié)合的光譜橢偏法，彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結(jié)合法等。

對(duì)同一靶丸的相同位置進(jìn)行白光垂直掃描干涉實(shí)驗(yàn)，如圖4-3所示。通過控制光學(xué)輪廓儀的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)干涉物鏡在垂直方向上移動(dòng)，測(cè)量光線穿過靶丸后反射到參考鏡與到達(dá)基底后直接反射回參考鏡的光線之間的光程差。顯然，越偏離靶丸中心的光線測(cè)得的有效壁厚越大，其光程差也越大，但這并不表示靶丸殼層的厚度。只有當(dāng)垂直穿過靶丸中心的光線測(cè)得的光程差才對(duì)應(yīng)于靶丸的上、下殼層的厚度。因此，在進(jìn)行白光垂直掃描干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要選擇穿過靶丸中心的光線位置進(jìn)行測(cè)量，這樣才能準(zhǔn)確地測(cè)量靶丸殼層的厚度。此外，通過控制干涉物鏡在垂直方向上移動(dòng)，可以測(cè)量出不同位置的厚度值，從而得到靶丸殼層厚度的空間分布情況。白光干涉膜厚儀的工作原理是基于膜層與底材的反射率及其相位差，通過測(cè)量反射光的干涉來計(jì)算膜層厚度。

光學(xué)測(cè)厚方法集光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為一體，以其光波長為測(cè)量基準(zhǔn)，從原理上保證了納米級(jí)的測(cè)量精度。同時(shí)，光學(xué)測(cè)厚作為非接觸式的測(cè)量方法，被廣泛應(yīng)用于精密元件表面形貌及厚度的無損測(cè)量。其中，薄膜厚度光學(xué)測(cè)量方法按光吸收、透反射、偏振和干涉等光學(xué)原理可分為橢圓偏振法、分光光度法、干涉法等多種測(cè)量方法。不同的測(cè)量方法，其適用范圍各有側(cè)重，褒貶不一。因此結(jié)合多種測(cè)量方法的多通道式復(fù)合測(cè)量法也有研究，如橢圓偏振法和光度法結(jié)合的光譜橢偏法，彩色共焦光譜干涉和白光顯微干涉的結(jié)合法等?？偟膩碚f，白光干涉膜厚儀是一種在薄膜厚度測(cè)量領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的儀器。膜厚儀供應(yīng)

白光干涉膜厚儀是一種用來測(cè)量透明和平行表面薄膜厚度的儀器。微米級(jí)膜厚儀測(cè)量?jī)x

光具有傳播的特性，不同波列在相遇的區(qū)域，振動(dòng)將相互疊加，是各列光波獨(dú)自在該點(diǎn)所引起的振動(dòng)矢量和。兩束光要發(fā)生干涉，應(yīng)必須滿足三個(gè)相干條件，即：頻率一致、振動(dòng)方向一致、相位差恒定。發(fā)生干涉的兩束光在一些地方振動(dòng)加強(qiáng)，而在另一些地方振動(dòng)減弱，產(chǎn)生規(guī)則的明暗交替變化。任何干涉測(cè)量都是完全建立在這種光波典型特性上的。下圖分別表示干涉相長和干涉相消的合振幅。與激光光源相比，白光光源的相干長度在幾微米到幾十微米內(nèi)，通常都很短，更為重要的是，白光光源產(chǎn)生的干涉條紋具有一個(gè)典型的特征：即條紋有一個(gè)固定不變的位置，該固定位置對(duì)應(yīng)于光程差為零的平衡位置，并在該位置白光輸出光強(qiáng)度具有最大值，并通過探測(cè)該光強(qiáng)最大值，可實(shí)現(xiàn)樣品表面位移的精密測(cè)量。此外，白光光源具有系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好且動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，白光垂直掃描干涉、白光反射光譜等基于白光干涉的光學(xué)測(cè)量技術(shù)在薄膜三維形貌測(cè)量、薄膜厚度精密測(cè)量等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。微米級(jí)膜厚儀測(cè)量?jī)x