[實用新型]一種利用多縫衍射法測量光學薄膜厚度的裝置

有效

• 申請號: 201220210852.X
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN202562444U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 賀澤龍;劉靜森;白云峰;李林軍
• 申請（專利權）人: 黑龍江工程學院
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本實用新型涉及一種測量光學薄膜厚度的裝置。

背景技術

隨著薄膜技術和光電器件的廣泛應用，光學薄膜已廣泛應用于軍用和民用器件生產中。

薄膜作為獨立于體材料存在著許多獨特的光學和電學性質，這些性質取決于薄膜制作工藝的同時，也與薄膜厚度密切相關，因此厚度測量對于薄膜材料的光學、電學性質的研究十分重要。另外薄膜厚度是薄膜設計和工藝制造中的關鍵參數之一，隨著光電技術以及微電子技術的快速發展，薄膜的應用領域越來越廣泛，各種厚度只有幾百甚至數十納米的單層或多層功能薄膜成為當前材料研究的熱點，使得精確測量薄膜厚度成為薄膜技術研究領域中的熱點問題。因此，精確確定厚度與光學常數對于研究薄膜的性質具有重要意義

光干涉計量測試技術以波長為計量單位，是一種公認的高精度計量測試技術。許多精密測試工作都是以光干涉的方法來實現的。干涉儀輸出的是一幅干涉圖，借助數學物理模型可以將干涉圖與多種被測參數相聯系，從而實現測量相關的物理參數。相移干涉術是將數字相移技術引入到干涉計量技術中而發展起來的，近年來得到了廣泛的應用。

目前測量裝置主要為三角測量裝置和相位測量裝置：最簡單的三角測量裝置是從光源發射一束光照射到被測物體表面，通過成像觀察鏡觀察反射光點的位置，從而計算出物點的位移；由于入射和反射光構成一個三角形，所以稱為三角測量；相位測量裝置是采用入射光被測物體上下表面反射，反射光滿足一定要求時便會出現干涉條紋，物體表面的深度信息將對條紋的振幅和位相進行調制，采用一定的算法可將攜帶物體深度信息的相位變化解調出來，從而得到物體的厚度信息。

三角測量裝置簡單，適于測量加工表面粗糙的非接觸測量，但是測量精度不夠。相位測量裝置測量精度高，但是裝置相對復雜。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了解決現有三角測量裝置測量精度低和相位測量裝置復雜的問題，提供一種利用多縫衍射法測量光學薄膜厚度的裝置。

一種利用多縫衍射法測量光學薄膜厚度的裝置，它包括二元光柵、凸透鏡、CCD探測器和數據處理單元，沿光路方向依次固定二元光柵、凸透鏡和CCD探測器，CCD探測器的光敏面位于凸透鏡的焦平面上，CCD探測器的信號輸出端連接在數據處理單元的數據輸入端。

本實用新型能夠在已知入射光波長和透明材料折射率時，由干涉條紋與標記中心的偏移量來測量待測透明材料的厚度，易于實際應用，裝置簡單，透明材料的吸收對測量無影響，能夠高精度測量厚度小于入射光波長的光學薄膜的厚度。適合測量納米級薄膜的厚度且不對其進行破壞。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖，圖2為待測光學薄膜遮擋多縫光柵示意圖，圖3為實施方式三中除δ外其余參數不變的情況下，干涉光強隨θ的變化示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種利用多縫衍射法測量光學薄膜厚度的裝置，它包括二元光柵2、凸透鏡3、CCD探測器4和數據處理單元5，沿光路方向依次固定二元光柵2、凸透鏡3和CCD探測器4，CCD探測器4的光敏面位于凸透鏡3的焦平面上，CCD探測器4的信號輸出端連接在數據處理單元5的數據輸入端。

本實用新型在測量時，將待測光學薄膜1設置在二元光柵2的部分狹縫外側，均勻分布線偏振光垂直照射在待測光學薄膜1上，透過待測光學薄膜1照射在二元光柵2上，均勻分布線偏振光透過二元光柵2在CCD探測器4成像，形成衍射條紋。

具體實施方式二：本實施方式是對實施方式一所述一種利用多縫衍射法測量光學薄膜厚度的裝置的進一步限定，二元光柵2的縫寬度都相等。

具體實施方式三：本實施方式是對實施方式一所述一種利用多縫衍射法測量光學薄膜厚度的裝置的進一步限定，所述數據處理單元5獲得光學薄膜厚度數據具體過程為：

由于入射光為均勻分布線偏振光，在光的傳播過程中電場振動方向始終相同，根據光的衍射理論，推導CCD探測器4上任意點P點光強表達式為：