海洋光學(xué)的光纖光譜儀對(duì)薄膜厚度測量的工作原理

時(shí)間：2023-03-31作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：169

首先介紹一下光的干涉。由于光的波動(dòng)特性，若干列光波在空間相遇時(shí)，互相疊加或互相抵消，引起光強(qiáng)的重新分布，在某些區(qū)域始終加強(qiáng)，在某些區(qū)域始終減弱，從而出現(xiàn)了明暗相間的條紋，這種現(xiàn)象稱為光的干涉。




我們回顧一下物理學(xué)史上*的光學(xué)實(shí)驗(yàn)——楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。單色光源從小孔S進(jìn)入，從小孔S射出并經(jīng)過兩個(gè)對(duì)稱的小孔S₁、S₂。由S₁、S₂分射出的兩列光波來源于同一光波，頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定，因而是相干光波，在距屏d’的屏上疊加并形成明暗相間的干涉條紋。




使用光纖光譜儀測薄膜厚度

 上圖為使用海洋光學(xué)光纖光譜儀，利用干涉效應(yīng)來測量薄膜厚度的原理圖。當(dāng)一束光以θ1從薄膜表面入射，其中一部分光直接反射，另一部分光則以θ2進(jìn)入薄膜發(fā)生折射，折射光經(jīng)膜層下表面反射后，再經(jīng)其上表面發(fā)生折射出射到空氣，反射光1與反射光2是相干光，發(fā)生干涉。使用光纖光譜儀測量薄膜厚度的原理主要是通過反射光譜，反射光譜曲線中干涉峰的出現(xiàn)是薄膜干涉的結(jié)果。 在薄膜干涉實(shí)驗(yàn)測試中，入射光波長與介質(zhì)折射率、薄膜厚度之間有如下關(guān)系：



當(dāng)采取垂直入射的方法（θ₁→0，θ₂→0）時(shí)，上式可簡化成：



如果知道具體k的值，就可根據(jù)干涉峰位推算出膜層厚度d。但由于每個(gè)干涉波峰和波谷所對(duì)應(yīng)的k很難確定，且不同厚度的薄膜k值不盡相同，因此通常采用消去k值的方法來求算薄膜的厚度d。




不同厚度薄膜的反射光譜圖

假定反射光譜上相鄰的兩個(gè)波峰λ₁與波谷λ₂，可聯(lián)立兩式求得薄膜厚度d。







實(shí)際測量中，從反射光譜上可以得到多組波峰和波谷對(duì)應(yīng)的波長，應(yīng)計(jì)算出多個(gè)薄膜厚度的數(shù)值，然后求平均值以減少測量誤差。




光纖光譜儀測薄膜厚度的優(yōu)點(diǎn)

-搜集樣品數(shù)據(jù)速率快，適用于在線實(shí)時(shí)測量。

-非接觸式光學(xué)測量，不對(duì)樣品造成損耗。

-系統(tǒng)體積小，重量輕，測量靈活，USB連接方式，即插即用。

-可根據(jù)需求，定制不同波段的光譜儀。

-可測多層膜厚。












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