的非線性位相減去系統(tǒng)的色散 失配量，最終求得放大了 N倍的精確的薄膜非線性位相量，從而精確求解薄膜厚度值。
2. -種位相增強(qiáng)型薄膜厚度測量系統(tǒng)，包括寬帶掃頻光源、第一寬帶光纖耦合器、薄 膜厚度測量單元、采樣波數(shù)漂移校正單元、高速數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述的薄膜厚度測量 單元包括第二寬帶光纖耦合器、第三寬帶光纖耦合器、第四寬帶光纖耦合器、第五寬帶光纖 耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控制器、測量子循環(huán) 腔、參考子循環(huán)腔、光纖延遲線和第一高帶寬平衡光電探測器； 其特征在于：所述的寬帶掃頻光源通過第一寬帶光纖耦合器分別與第二寬帶光纖耦 合器輸入端和采樣波數(shù)漂移校正單元輸入端相連接，第二寬帶光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分 別連接第一偏振控制器的輸入端和第二偏振控制器的輸入端；第一偏振控制器的輸出端與 第三寬帶光纖耦合器的其中一個(gè)輸入端相連接，第三寬帶光纖耦合器的其中一個(gè)輸出端連 接測量子循環(huán)腔的輸入端，測量子循環(huán)腔的輸出端連接第三寬帶光纖耦合器的另一個(gè)輸入 端，第三寬帶光纖耦合器的另一個(gè)輸出端與第三偏振控制器的輸入端相連接，第三偏振控 制器的輸出端與第五寬帶光纖耦合器的其中一個(gè)輸入端相連接；第二偏振控制器的輸出端 與第四寬帶光纖耦合器的其中一個(gè)輸入端相連接，第四寬帶光纖耦合器的其中一個(gè)輸出端 連接參考子循環(huán)腔的輸入端，參考子循環(huán)腔的輸出端連接第四寬帶光纖耦合器的另一個(gè)輸 入端，第四寬帶光纖耦合器的另一個(gè)輸出端與光纖延遲線的輸入端相連接，光纖延遲線的 輸出端與第四偏振控制器的輸入端相連接，第四偏振控制器的輸出端與第五寬帶光纖耦合 器的另一個(gè)輸入端相連接；第五寬帶光纖耦合器的兩個(gè)輸出端分別連接第一高帶寬平衡光 電探測器的兩個(gè)輸入端；采樣波數(shù)漂移校正單元的電信號輸出端和第一高帶寬平衡光電探 測器的電信號輸出端分別連接高速數(shù)據(jù)采集卡的兩個(gè)輸入信號通道，高速數(shù)據(jù)采集卡的輸 出端與計(jì)算機(jī)相連接；寬帶掃頻光源的觸發(fā)信號輸出端與高速數(shù)據(jù)采集卡觸發(fā)信號輸入端 相連接； 寬帶掃頻光源發(fā)出的低相干光進(jìn)入第一寬帶光纖耦合器后，一部分光進(jìn)入薄膜厚度測 量單元，另一部分光進(jìn)入采樣波數(shù)漂移校正單元；進(jìn)入薄膜厚度測量單元的低相干光經(jīng)過 第二寬帶光纖耦合器后分成兩路，其中一路光經(jīng)過第一偏振控制器后進(jìn)入第三寬帶光纖耦 合器，另一路光經(jīng)過第二偏振控制器后進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器；進(jìn)入第三寬帶光纖耦合 器的光分出一部分光經(jīng)過第三偏振控制器后，進(jìn)入第五寬帶光纖親合器；從第三寬帶光纖 耦合器輸出的另一部分光通過測量子循環(huán)腔后第二次進(jìn)入第三寬帶光纖耦合器，第二次進(jìn) 入第三寬帶光纖親合器的低相干光同樣被分成兩部分，分別沿著上述路徑到達(dá)第五寬帶光 纖耦合器和第三次進(jìn)入第三寬帶光纖耦合器；以此類推，第N-1次進(jìn)入第三寬帶光纖耦合 器的低相干光也沿上述路徑到達(dá)第五寬帶光纖耦合器和第N次進(jìn)入第三寬帶光纖耦合器； 同樣的進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器分出一部分光依次經(jīng)過光纖延遲線和第四偏振控制器后， 進(jìn)入第五寬帶光纖耦合器；從第四寬帶光纖耦合器輸出的另一部分光通過參考子循環(huán)腔后 第二次進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器，第二次進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器的低相干光同樣被分成 兩部分，分別沿著上述路徑到達(dá)第五寬帶光纖耦合器和第三次進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器； 以此類推，第N-1次進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器的低相干光也沿上述路徑到達(dá)第五寬帶光纖 耦合器和第N次進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器；上述所有進(jìn)入第五寬帶光纖耦合器的低相干光 發(fā)生干涉，干涉信號經(jīng)由第一高帶寬平衡光電探測器進(jìn)行探測；系統(tǒng)兩個(gè)單元所探測得到 的信號被高速數(shù)據(jù)采集卡同步采集，采集得到的信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； 高速數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā)信號由寬帶掃頻光源產(chǎn)生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種位相增強(qiáng)型薄膜厚度測量系統(tǒng)，其特征在于：測量子循 環(huán)腔包括第五偏振控制器、第一寬帶光纖環(huán)行器、第一助推光學(xué)放大器、第一聲光頻移器、 第一光纖準(zhǔn)直器和第一透鏡； 第一聲光頻移器的輸入端作為測量子循環(huán)腔的輸入端，第五偏振控制器的輸出端作為 測量子循環(huán)的輸出端；第一聲光頻移器的輸出端連接第一助推光學(xué)放大器的輸入端，第一 助推光學(xué)放大器的輸出端與第一寬帶光纖環(huán)行器的輸入端相連接，第一寬帶光纖環(huán)行器的 第一輸出端連接第一光纖準(zhǔn)直器的輸入端，第一寬帶光纖環(huán)行器的第二輸出端與第五偏振 控制器的輸入端相連接，從而構(gòu)成測量光路中的測量子循環(huán)腔； 從第三寬帶光纖耦合器出射的其中一部分低相干光通過第一聲光頻移器、第一助推光 學(xué)放大器和第一寬帶光纖環(huán)行器后，從第一寬帶光纖環(huán)行器的第一輸出端進(jìn)入第一光纖準(zhǔn) 直器，從第一光纖準(zhǔn)直器出射的低相干光經(jīng)過第一透鏡后射入待測薄膜樣品，隨后從待測 薄膜樣品反射回來的低相干光再依次經(jīng)過第一光纖準(zhǔn)直器、第一寬帶光纖環(huán)行器的第一輸 出端、第二輸出端和第五偏振控制器后再次進(jìn)入第三寬帶光纖耦合器；通過平衡測量光在 測量子循環(huán)腔中的增益和損耗，該過程將重復(fù)N次，測量光束將對待測薄膜樣品的同一橫 向位置處進(jìn)行N次照射，實(shí)現(xiàn)對測量薄膜位相的N倍放大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種位相增強(qiáng)型薄膜厚度測量系統(tǒng)，其特征在于：參考子循 環(huán)腔包括第六偏振控制器、第二寬帶光纖環(huán)行器、第二助推光學(xué)放大器、第二聲光頻移器、 第二光纖準(zhǔn)直器、第二透鏡和平面反射鏡； 第二聲光頻移器的輸入端作為參考子循環(huán)腔的輸入端，第六偏振控制器的輸出端作為 參考子循環(huán)的輸出端；第二聲光頻移器的輸出端連接第二助推光學(xué)放大器的輸入端，第二 助推光學(xué)放大器的輸出端與第二寬帶光纖環(huán)行器的輸入端相連接，第二寬帶光纖環(huán)行器的 第一輸出端連接第二光纖準(zhǔn)直器的輸入端，第二寬帶光纖環(huán)行器的第二輸出端與第六偏振 控制器的輸入端相連接，從而構(gòu)成參考光路中的參考子循環(huán)腔； 從第四寬帶光纖耦合器出射的其中一部分低相干光通過第二聲光頻移器、第二助推 光學(xué)放大器和第二寬帶光纖環(huán)行器后，從第二寬帶光纖環(huán)行器的第一輸出端進(jìn)入第二光纖 準(zhǔn)直器，從第二光纖準(zhǔn)直器出射的低相干光經(jīng)過第二透鏡后射入平面反射鏡，隨后從平面 反射鏡反射回來的低相干光再依次經(jīng)過第二光纖準(zhǔn)直器、第二寬帶光纖環(huán)行器的第一輸出 端、第二輸出端和第六偏振控制器后再次進(jìn)入第四寬帶光纖耦合器；通過平衡參考光在參 考子循環(huán)腔中的增益和損耗，該過程將重復(fù)N次，從參考子循環(huán)腔中出射的低相干光將與 測量子循環(huán)腔中出射的低相干光形成相應(yīng)循環(huán)腔級次的干涉。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種位相增強(qiáng)型薄膜厚度測量系統(tǒng)，其特征在于：采樣波數(shù) 漂移校正單元包括第六寬帶光纖耦合器、光纖型布拉格衍射光柵和第二高帶寬平衡光電探 測器； 第六寬帶光纖耦合器的其中一個(gè)輸入端作為采樣波數(shù)漂移校正單元的輸入端，第二高 帶寬平衡光電探測器的電信號輸出端作為采樣波數(shù)漂移校正單元的電信號輸出端，第六寬 帶光纖耦合器的輸出端與光纖型布拉格衍射光柵的輸入端相連接，第六寬帶光纖耦合器的 另外一個(gè)輸入端與第二高帶寬平衡光電探測器的其中一個(gè)輸入端相連接，從而構(gòu)成采樣波 數(shù)漂移校正單元； 從第一寬帶光纖耦合器出射的其中一部分低相干光經(jīng)過第六寬帶光纖耦合器后，進(jìn)入 光纖型布拉格衍射光柵；從光纖型布拉格衍射光柵反射回來的特定波長的窄帶光再次經(jīng)過 第六寬帶光纖耦合器，從第六寬帶光纖耦合器的另一個(gè)輸入端進(jìn)入第二高帶寬平衡光電探 測器；該單元利用光纖型布拉格衍射光柵只針對特定波長的窄帶光譜進(jìn)行反射這一特性， 通過高速數(shù)據(jù)采集卡采集不同掃頻周期的反射光譜信號，并對比不同掃頻周期之間反射光 譜的尖峰位置來計(jì)算采樣波數(shù)的整體漂移點(diǎn)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)不同掃頻周期之間采樣波數(shù)整體 漂移的校正，大大降低了系統(tǒng)中寬帶掃頻光源電子觸發(fā)信號抖動對薄膜位相測量穩(wěn)定性的 影響。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種位相增強(qiáng)型薄膜厚度測量方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用寬帶掃頻光源，其測量光路和參考光路中分別設(shè)置有測量子循環(huán)腔和參考子循環(huán)腔，利用測量光和參考光在兩個(gè)子循環(huán)腔中的高速（光速）光循環(huán)，能夠?qū)Υ郎y薄膜樣品同一橫向位置處的薄膜位相進(jìn)行累積放大測量（放大倍數(shù)等于測量光和參考光的光循環(huán)級次），從而增強(qiáng)薄膜位相探測的靈敏度。并且，由于該系統(tǒng)在對薄膜位相進(jìn)行累積放大測量的過程中，測量光束始終照射于待測薄膜樣品的同一橫向位置，因而不同于利用測量光束在待測薄膜樣品中多次反射進(jìn)而求取薄膜反射率的光譜方法，該薄膜位相增強(qiáng)方法不會犧牲系統(tǒng)對待測薄膜樣品的橫向分辨能力。
【IPC分類】G02B27-28, G01B11-06
【公開號】CN104655029
【申請?zhí)枴緾N201510063388
【發(fā)明人】丁志華, 沈毅, 陳志彥, 趙晨, 鮑文, 李鵬
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月6日