專利名稱：一種利用多縫衍射法測量光學(xué)薄膜厚度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量光學(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。薄膜作為獨立于體材料存在著許多獨特的光學(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，也與薄膜厚度密切相關(guān)，因此厚度測量對于薄膜材料的光學(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，使得精確測量薄膜厚度成為薄膜技術(shù)研究領(lǐng)域中的熱點問題。因此，精確確定厚度與光學(xué)常數(shù)對于研究薄膜的性質(zhì)具有重要意義 光干涉計量測試技術(shù)以波長為計量單位，是一種公認(rèn)的高精度計量測試技術(shù)。許多精密測試工作都是以光干涉的方法來實現(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參數(shù)相聯(lián)系，從而實現(xiàn)測量相關(guān)的物理參數(shù)。相移干涉術(shù)是將數(shù)字相移技術(shù)引入到干涉計量技術(shù)中而發(fā)展起來的，近年來得到了廣泛的應(yīng)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(fā)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(gòu)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(xiàn)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(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，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(fù)雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有三角測量裝置測量精度低和相位測量裝置復(fù)雜的問題，提供一種利用多縫衍射法測量光學(xué)薄膜厚度的裝置。一種利用多縫衍射法測量光學(xué)薄膜厚度的裝置，它包括二元光柵、凸透鏡、CCD探測器和數(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(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)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(biāo)記中心的偏移量來測量待測透明材料的厚度，易于實際應(yīng)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(xué)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。
圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為待測光學(xué)薄膜遮擋多縫光柵示意圖，圖3為實施方式三中除S外其余參數(shù)不變的情況下，干涉光強隨e的變化示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖I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(xué)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(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探測器4，CXD探測器4的光敏面位于凸透鏡3的焦平面上，CXD探測器4的信號輸出端連接在 數(shù)據(jù)處理單元5的數(shù)據(jù)輸入端。本實用新型在測量時，將待測光學(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光學(xué)薄膜I上，透過待測光學(xué)薄膜I照射在二元光柵2上，均勻分布線偏振光透過二元光柵2在CXD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(xué)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(xué)薄膜厚度的裝置的進一步限定，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(jù)光的衍射理論，推導(dǎo)CCD探測器4上任意點P點光強表達式為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，L1和L2是光程(見圖I中粗虛線)，C1和C2為常數(shù)；待測光學(xué)薄膜I對入射光的吸收歸入?yún)?shù)中，因此待測光學(xué)薄膜I對入射光的吸收對測量無影響。從公式(I)得出干涉條紋極大值的水平移動只與5有關(guān)，與其它參數(shù)無關(guān)。在得到的衍射條紋中任取一段，代入式(I)中進行擬合得到待測光學(xué)薄膜引起的光程差8 ；圖3為改變參數(shù)5，理論計算接收屏上的光強分布。在其它參數(shù)保持不變時，僅改變S值，S分別取值為50nm、100nm和200nm。可見隨5值的變化，干涉條紋極大值出現(xiàn)水平移動，S值越大，干涉圖形水平平移量越大。可以根據(jù)此平移值計算出待測光學(xué)薄膜的厚度。待測光學(xué)薄膜的厚度為L=丨叫(2)
ft — /Iq其中 為空氣的折射率，n為待測光學(xué)薄膜的折射率。本實用新型所述的一種利用多縫衍射法測量光學(xué)薄膜厚度的裝置的結(jié)構(gòu)不局限于上述各個具體實施方式
所述的具體結(jié)構(gòu)，還可以是各個實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(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量光學(xué)薄膜厚度的裝置，涉及一種測量光學(xué)薄膜厚度的裝置，它為了解決現(xiàn)有三角測量裝置測量精度低和相位測量裝置復(fù)雜的問題，它包括二元光柵、凸透鏡、CCD探測器和數(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(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)輸入端。適用于測量納米級薄膜的厚度。
文檔編號G01B11/06GK202562444SQ20122021085
公開日2012年11月28日 申請日期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 申請人:黑龍江工程學(xué)院