專利名稱：一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置。
背景技術(shù)：
隨著薄膜技術(shù)和光電器件的廣泛應(yīng)用，光學(xué)薄膜已廣泛應(yīng)用于軍用和民用器件生產(chǎn)中。薄膜作為獨(dú)立于體材料存在著許多獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)取決于薄膜制作工藝的同時(shí)，也與薄膜厚度密切相關(guān)，因此厚度測(cè)量對(duì)于薄膜材料的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的研究十分重要。另外薄膜厚度是薄膜設(shè)計(jì)和工藝制造中的關(guān)鍵參數(shù)之一，隨著光電技術(shù)以及微電子技術(shù)的快速發(fā)展，薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，各種厚度只有幾百甚至數(shù)十納米的單層或多層功能薄膜成為當(dāng)前材料研究的熱點(diǎn)，使得精確測(cè)量薄膜厚度成為薄膜技術(shù)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，精確確定厚度與光學(xué)常數(shù)對(duì)于研究薄膜的性質(zhì)具有重要意義 光干涉計(jì)量測(cè)試技術(shù)以波長(zhǎng)為計(jì)量單位，是一種公認(rèn)的高精度計(jì)量測(cè)試技術(shù)。許多精密測(cè)試工作都是以光干涉的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。干涉儀輸出的是一幅干涉圖，借助數(shù)學(xué)物理模型可以將干涉圖與多種被測(cè)參數(shù)相聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量相關(guān)的物理參數(shù)。相移干涉術(shù)是將數(shù)字相移技術(shù)引入到干涉計(jì)量技術(shù)中而發(fā)展起來(lái)的，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。目前測(cè)量裝置主要為三角測(cè)量裝置和相位測(cè)量裝置最簡(jiǎn)單的三角測(cè)量裝置是從 光源發(fā)射一束光照射到被測(cè)物體表面，通過(guò)成像觀察鏡觀察反射光點(diǎn)的位置，從而計(jì)算出物點(diǎn)的位移；由于入射和反射光構(gòu)成一個(gè)三角形，所以稱為三角測(cè)量；相位測(cè)量裝置是采用入射光被測(cè)物體上下表面反射，反射光滿足一定要求時(shí)便會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，物體表面的深度信息將對(duì)條紋的振幅和位相進(jìn)行調(diào)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(diào)出來(lái)，從而得到物體的厚度信息。三角測(cè)量裝置簡(jiǎn)單，適于測(cè)量加工表面粗糙的非接觸測(cè)量，但是測(cè)量精度不夠。相位測(cè)量裝置測(cè)量精度高，但是裝置相對(duì)復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有三角測(cè)量裝置測(cè)量精度低和相位測(cè)量裝置復(fù)雜的問(wèn)題，提供一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置。一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置，它包括二元光柵、凸透鏡、CCD探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理單元，沿光路方向依次固定二元光柵、凸透鏡和CCD探測(cè)器，CCD探測(cè)器的光敏面位于凸透鏡的焦平面上，CCD探測(cè)器的信號(hào)輸出端連接在數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)輸入端。本實(shí)用新型能夠在已知入射光波長(zhǎng)和透明材料折射率時(shí)，由干涉條紋與標(biāo)記中心的偏移量來(lái)測(cè)量待測(cè)透明材料的厚度，易于實(shí)際應(yīng)用，裝置簡(jiǎn)單，透明材料的吸收對(duì)測(cè)量無(wú)影響，能夠高精度測(cè)量厚度小于入射光波長(zhǎng)的光學(xué)薄膜的厚度。適合測(cè)量納米級(jí)薄膜的厚度且不對(duì)其進(jìn)行破壞。
圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為待測(cè)光學(xué)薄膜遮擋多縫光柵示意圖，圖3為實(shí)施方式三中除S外其余參數(shù)不變的情況下，干涉光強(qiáng)隨e的變化示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置，它包括二元光柵2、凸透鏡3、CCD探測(cè)器4和數(shù)據(jù)處理單元5，沿光路方向依次固定二元光柵2、凸透鏡3和CXD探測(cè)器4，CXD探測(cè)器4的光敏面位于凸透鏡3的焦平面上，CXD探測(cè)器4的信號(hào)輸出端連接在 數(shù)據(jù)處理單元5的數(shù)據(jù)輸入端。本實(shí)用新型在測(cè)量時(shí)，將待測(cè)光學(xué)薄膜I設(shè)置在二元光柵2的部分狹縫外側(cè)，均勻分布線偏振光垂直照射在待測(cè)光學(xué)薄膜I上，透過(guò)待測(cè)光學(xué)薄膜I照射在二元光柵2上，均勻分布線偏振光透過(guò)二元光柵2在CXD探測(cè)器4成像，形成衍射條紋。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置的進(jìn)一步限定，二元光柵2的縫寬度都相等。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置的進(jìn)一步限定，所述數(shù)據(jù)處理單元5獲得光學(xué)薄膜厚度數(shù)據(jù)具體過(guò)程為由于入射光為均勻分布線偏振光，在光的傳播過(guò)程中電場(chǎng)振動(dòng)方向始終相同，根據(jù)光的衍射理論，推導(dǎo)CCD探測(cè)器4上任意點(diǎn)P點(diǎn)光強(qiáng)表達(dá)式為I{p)= 2-\——::輔杉)2 +7^f2E2CosWa-4 + (I)其中=
A0為r與Z軸夾角，光柵縫寬為a，縫間距為d，光柵距透鏡距離為D，總狹縫數(shù)為N，k是波數(shù)，A是入射光波長(zhǎng)，L1和L2是光程(見(jiàn)圖I中粗虛線)，C1和C2為常數(shù)；待測(cè)光學(xué)薄膜I對(duì)入射光的吸收歸入?yún)?shù)中，因此待測(cè)光學(xué)薄膜I對(duì)入射光的吸收對(duì)測(cè)量無(wú)影響。從公式(I)得出干涉條紋極大值的水平移動(dòng)只與5有關(guān)，與其它參數(shù)無(wú)關(guān)。在得到的衍射條紋中任取一段，代入式(I)中進(jìn)行擬合得到待測(cè)光學(xué)薄膜引起的光程差8 ；圖3為改變參數(shù)5，理論計(jì)算接收屏上的光強(qiáng)分布。在其它參數(shù)保持不變時(shí)，僅改變S值，S分別取值為50nm、100nm和200nm。可見(jiàn)隨5值的變化，干涉條紋極大值出現(xiàn)水平移動(dòng)，S值越大，干涉圖形水平平移量越大。可以根據(jù)此平移值計(jì)算出待測(cè)光學(xué)薄膜的厚度。待測(cè)光學(xué)薄膜的厚度為L(zhǎng)=丨叫(2)
ft — /Iq其中 為空氣的折射率，n為待測(cè)光學(xué)薄膜的折射率。本實(shí)用新型所述的一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置的結(jié)構(gòu)不局限于上述各個(gè)具體實(shí)施方式
所述的具體結(jié)構(gòu)，還可以是各個(gè)實(shí)施方式所記載的技術(shù)特征的合理組 合。
權(quán)利要求1.一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置，其特征是，它包括二元光柵(2)、凸透鏡(3)、CCD探測(cè)器(4)和數(shù)據(jù)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(cè)器(4)，CCD探測(cè)器(4)的光敏面位于凸透鏡(3)的焦平面上，CCD探測(cè)器(4)的信號(hào)輸出端連接在數(shù)據(jù)處理單元(5)的數(shù)據(jù)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置，其特征在于，二元光柵(2)的縫寬度都相等。
專利摘要一種利用多縫衍射法測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置，涉及一種測(cè)量光學(xué)薄膜厚度的裝置，它為了解決現(xiàn)有三角測(cè)量裝置測(cè)量精度低和相位測(cè)量裝置復(fù)雜的問(wèn)題，它包括二元光柵、凸透鏡、CCD探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理單元，沿光路方向依次固定二元光柵、凸透鏡和CCD探測(cè)器，CCD探測(cè)器的光敏面位于凸透鏡的焦平面上，CCD探測(cè)器的信號(hào)輸出端連接在數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)輸入端。適用于測(cè)量納米級(jí)薄膜的厚度。
文檔編號(hào)G01B11/06GK202562444SQ20122021085
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者賀澤龍, 劉靜森, 白云峰, 李林軍 申請(qǐng)人:黑龍江工程學(xué)院