[發明專利]一種基于光纖光譜儀的光學薄膜厚度檢測裝置及方法

無效

• 申請號: 201210209959.7
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102735176A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 張冬仙;史斌;韓雪超;章海軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種利用光纖光譜儀的光學薄膜厚度檢測裝置及方法，用于實時在線地進行光學薄膜厚度的大范圍無損測量。?

背景技術

光學薄膜技術作為一種成熟的技術，或用來提升器件的性能，或用來實現某種特殊的功能，在光學、材料、通信、半導體等領域有著廣泛的應用，從日常生活中的眼鏡、鏡頭鍍膜、照明到科學研究中的窄帶濾光片，半透半反膜等等，光學薄膜無處不在。隨著半導體技術、集成光電子技術、激光技術、薄膜傳感技術等新技術的不斷發展，光學薄膜技術也在不斷地發展進步。光學薄膜中，薄膜的厚度對薄膜的光學性能、力學性能和電磁性能等有著決定性的影響，所以如何精確、快速、簡便地檢測光學薄膜厚度已經成為光學薄膜技術中一項具有重要意義的課題。雖然現有的光學薄膜厚度測量方法有很多，但是非光學的方法會對樣品造成損傷，許多光學的方法操作方法復雜，測量受到諸多條件限制，隨著光學薄膜的材料和制備技術的不斷提高，傳統的薄膜厚度的測量方法已經不能滿足現代光學檢測的需要。?

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種光學薄膜厚度檢測裝置及方法。?

基于光纖光譜儀薄膜厚度檢測裝置包括包括光纖光譜儀探頭、光學顯微鏡、Y型光纖、白光光源、光纖光譜儀主機、Y向步進掃描臺、X向步進掃描臺、樣品臺、待測樣品、步進掃描臺驅動線、步進掃描臺控制主機、計算機、光學平臺、第一固定塊、第二固定塊、第一支撐柱、第二支撐柱、支撐橫梁、Z向移動軌道、L型固定塊、光纖光譜儀探頭橫梁；?

光纖光譜儀主機通過Y型光纖連接光纖光譜儀探頭和白光光源，光纖光譜儀主機通過USB接口與計算機通信；步進掃描臺控制主機通過USB接口與計算機通信，步進掃描臺控制主機用步進掃描臺驅動線控制Y向步進掃描臺和X向步進掃描臺，?

光學平臺一側從下到上依次設有第一固定塊、第一支撐柱，光學平臺另一側從下到上依次設有第二固定塊、第二支撐柱，第一支撐柱和第二支撐柱上端固定有支撐橫梁，支撐橫梁下表面設有Z向移動軌道，Z向移動軌道上設有L?型固定塊，L型固定塊上設有光纖光譜儀探頭橫梁，在光纖光譜儀探頭橫梁上設有光纖光譜儀測頭，光纖光譜儀測頭一側設有光學顯微鏡，光學平臺上從下到上依次設有Y向步進掃描臺、X向步進掃描臺、樣品臺和待測樣品。?

光學薄膜厚度檢測方法是：在光學顯微鏡的監控下，調節Z向移動軌道，使光纖光譜儀探頭逼近待測樣品；白光光源產生的白光通過Y型光纖耦合進入光纖光譜儀探頭后入射到待測樣品上，在光學薄膜中發生光的干涉后信號光反射進入光纖光譜儀探頭，耦合進入Y型光纖后通過Y型光纖傳輸到達光纖光譜儀主機進行分光和模數轉換，光譜數據通過USB接口傳到計算機；計算機通過USB接口連接步進掃描臺控制主機，步進掃描臺控制主機通過步進掃描臺驅動線分別控制Y向步進掃描臺和X向步進掃描臺在Y方向和X方向移動，帶動待測樣品在X、Y方向進行掃描；在計算機上進行數據處理和分析，讀入某一點的光譜數據并獲得其所有峰值波長，取多組相鄰峰值波長，根據公式d=1/2n·1/(1/λ₂-1/λ₁)計算并取平均值得到該點的光學薄膜厚度d，依次對所有點做相同處理，得到樣品全部的薄膜厚度分布信息。?

本發明能夠實時在線、大范圍無損的光學薄膜厚度測量裝置及方法，操作簡單，在光學、材料學、通信、激光技術、傳感技術、集成光子學等領域有著廣闊的應用前景。?

附圖說明

圖1是光學薄膜干涉原理示意圖；?

圖2是光纖光譜儀測量光學薄膜厚度方法的原理示意圖；?

圖3是基于光纖光譜儀薄膜厚度檢測裝置結構示意圖；?

圖4是本發明的光學薄膜厚度的測量回路系統示意圖；?

圖中：光纖光譜儀探頭1、光學顯微鏡2、Y型光纖3、白光光源4、光纖光譜儀主機5、Y向步進掃描臺6、X向步進掃描臺7、樣品臺8、待測樣品9、步進掃描臺驅動線10、步進掃描臺控制主機11、計算機12、光學平臺13、第一固定塊14、第二固定塊15、第一支撐柱16、第二支撐柱17、支撐橫梁18、Z向移動軌道19、L型固定塊20、光纖光譜儀探頭橫梁21。?

具體實施方式

本發明利用光的干涉原理，采用光纖光譜儀測量光學薄膜厚度，能夠實時在線、無損、精確、大范圍地獲取樣品薄膜厚度分布信息。?