[發明專利]一種寬光譜光干涉法測量薄膜厚度的系統

有效

• 申請號: 201410290494.1
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104034272A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 賈傳武;常軍;姜浩;王宗良;王強;田長彬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種寬光譜光干涉法測量薄膜厚度的系統。屬于光學薄膜測厚技術領域。

背景技術

近幾十年來，薄膜技術發展迅猛，應用范圍也涵蓋了工業，農業，建筑，交通運輸，醫學，天文學，軍事以及宇航等領域，光學薄膜的需求不斷增大，對器件特性的要求也越來越高。物理厚度是薄膜的基本參數之一，它會影響整個器件的最終性能，因此快速精確的測量薄膜厚度具有重要意義。

目前，基于光干涉法測量薄膜厚度主要有激光干涉法和白光干涉法。與激光光源相比，以白光為代表的寬光譜光源由于具有短相干長度的特點使得兩光束只有在光程差極小的情況下才能發生干涉，因此不會產生干擾條紋。同時，由于白光干涉產生的干涉條紋具有明顯的零光程差位置，避免了干涉級次不確定的問題，可以解決單色光源干涉測量時帶來的雜光干擾的問題。因此白光干涉在干涉測量領域中的發展日益迅速。

然而普通的白光干涉儀主要是通過薄膜上下表面的反射光形成干涉，因此必須要求薄膜是透明的，極大地限制了其應用范圍，而且成本較高，不利于大規模應用。對于非透明的金屬薄膜，目前普遍采用的方法是串聯差分法。題目為‘基于白光干涉的金屬極薄帶測厚理論與系統研究’、作者為杜艷麗的浙江大學博士學位論文，文中敘述到采用串聯差分白光干涉系統來測量不透明的金屬薄膜厚度。該系統利用光源發出的寬譜白光經傳光光纖的傳輸,入射到Michelson干涉儀I,經立方分束棱鏡BS；分出的兩束相干光分別由反射鏡MI和薄膜上表面反射回來形成第一次干涉。然后干涉光再經過傳輸光纖進入Michelson干涉儀11,同樣,經立方分束棱鏡BS:分出的兩束相干光由反射鏡MZ和薄膜下表面反射回來形成第二次干涉,最后由光譜接收系統實時接收記錄相干光的光譜數據,從而得到光強相對波長的分布信息,該數據信息最終被送入計算機進行數據處理,分析運算,可以求得金屬薄膜厚度。此系統可以實現不透明薄膜的厚度測量，但是該方法需要用到兩組邁克爾遜干涉儀，成本太高，方法復雜，實現起來比較困難。

發明內容

為了克服上述已有技術中存在的缺陷和不足，以實現透明與不透明薄膜的厚度測量，本發明提出了一種利用光纖準直器將激光器輸出的光垂直打到反射鏡面，從而在準直器端面和反射鏡面中間形成法珀腔，使準直器下表面反射的光與反射鏡面反射的光形成干涉的系統，即一種寬光譜光干涉法測量薄膜厚度的系統。

本發明的技術方案是按以下形式實現的：

一種寬光譜光干涉法測量薄膜厚度的系統，包括ASE光源、波長解調儀、1*2耦合器、計算機、光纖準直器和法珀腔干涉平臺，其特征在于1*2耦合器的1號端口接ASE光源；1*2耦合器的2號端口接波長解調儀，波長解調儀與計算機相連；1*2耦合器的3號端口接光纖準直器，光纖準直器固定在法珀腔干涉平臺上；法珀腔干涉平臺包括反射鏡，防震平臺、兩根支撐桿和兩根固定桿，右支撐桿固定在防震平臺的邊沿上且與防震平臺相垂直，兩根固定桿一端帶有固定夾，另一端帶有套筒，套筒套在右支撐桿上并能沿右支撐桿上下移動，固定桿的套筒上帶有緊固螺絲，通過緊固螺絲能將固定桿固定在右支撐桿上；光纖準直器由上固定桿上的固定夾固定，并由上固定桿將其固定在法珀腔干涉平臺的右支撐桿上，反射鏡由下固定桿上的固定夾固定，并由下固定桿將其固定在法珀腔干涉平臺的右支撐桿上；防震平臺上放置中間有通透圓孔的長方體形的鐵制壓塊，壓塊上的圓孔和其上端固定在兩固定桿上的光纖準直器及反射鏡處于同一垂直線上，壓塊與反射鏡通過一個左支撐桿相連，使得壓塊與左支撐桿和反射鏡能整體垂直移動，反射鏡水平放置，抬起壓塊，即可將薄膜放入壓塊與防震平臺的中間，由于光纖準直器下表面到防震臺上表面的距離固定，加入薄膜使得反射鏡面與光纖準直器的距離(即為法珀腔腔長)減小，進而改變法珀腔的腔長。

所述的ASE光源為1520-1570nm寬光譜光源，輸出功率為15mw。

所述的波長解調儀為Bayspec公司生產的，波長精度為30pm，光譜解調精度為0.1nm。

所述的光纖準直器為中心波長為1550nm，工作距離為50mm，最大回波損耗為50db。

所述的反射鏡面為全反鏡面。

一種利用上述系統進行薄膜厚度測量的方法，步驟如下：

1)連接系統，ASE光源輸出端口連接1*2耦合器的1號端口；1*2耦合器的2號端口連接波長解調儀，波長解調儀與計算機相連；1*2耦合器的3號端口連接光纖準直器；

2)開啟系統，打開光源和解調的按鈕，上下調整套筒的位置，使得由ASE光源輸出的光經光纖準直器一部分垂直入射到反射鏡面；