在激光惯性约束核聚变实验中 ,靶丸的物性参数和几何参数是靶丸制备工艺改进和仿真模拟核聚变实验过程的基础,因此如何对靶丸多个参数进行同步、高精度、无损的综合检测是激光惯性约束核聚变实验中的关键问题。以上各种薄膜厚度及折射率的测量方法各有利弊,但针对本文实验,仍然无法满足激光核聚变技术对靶丸参数测量的高要求,靶丸参数测量存在以下问题:不能对靶丸进行破坏性切割测量,否则,被破坏后的靶丸无法用于于下一步工艺处理或者打靶实验;需要同时测得靶丸的多个参数,不同参数的单独测量,无法提供靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化现象和规律,并且效率低下、没有统一的测量标准。靶丸属于自支撑球形薄膜结构,曲面应力大、难展平的特点导致靶丸与基底不能完全贴合,在微区内可看作类薄膜结构随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展。高速膜厚仪定做
极值法求解过程计算简单,速度快,同时能确定薄膜的多个光学常数并解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,因此精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用于测量薄膜厚度大于200纳米且小于10微米的情况,以确保光谱信号中的干涉波峰数适当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再通过麦克斯韦方程组的推导得到结果。该方法能判断预设的初始值是否为要测量的薄膜参数,建立评价函数来计算透过率/反射率与实际值之间的偏差。只有当计算出的透过率/反射率与实际值之间的偏差很小时,我们才能认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。高速膜厚仪定做白光干涉膜厚仪需要校准。
白光干涉法和激光光源相比具有短相干长度的特点,使得两束光只有在光程差非常小的情况下才能发生干涉,因此不会产生干扰条纹。同时,白光干涉产生的干涉条纹具有明显的零光程差位置,避免了干涉级次不确定的问题。本文基于白光干涉原理对单层透明薄膜厚度测量进行了研究,特别是对厚度小于光源相干长度的薄膜进行了探究。文章首先详细阐述了白光干涉原理和薄膜测厚原理,然后在金相显微镜的基础上构建了一种型垂直白光扫描系统,作为实验中测试薄膜厚度的仪器,并利用白光干涉原理对位移量进行了标定。
为了分析白光反射光谱的测量范围,进行了不同壁厚的靶丸壳层白光反射光谱测量实验。实验结果显示,对于壳层厚度为30μm的靶丸,其白光反射光谱各谱峰非常密集,干涉级次数值大;此外,由于靶丸壳层的吸收,壁厚较大的靶丸信号强度相对较弱。随着靶丸壳层厚度的进一步增加,其白光反射光谱各谱峰将更加密集,难以实现对各干涉谱峰波长的测量。为实现较大厚度靶丸壳层厚度的白光反射光谱测量,需采用红外宽谱光源和光谱探测器。对于壳层厚度为μm的靶丸,测量的波峰相对较少,容易实现壳层白光反射光谱谱峰波长的准确测量;随着靶丸壳层厚度的进一步减小,两干涉信号之间的光程差差异非常小,以至于光谱信号中只有一个干涉波峰,难以使用峰值探测的白光反射光谱方法测量其厚度。为了实现较小厚度靶丸壳层厚度的白光反射光谱测量,可采用紫外宽谱光源和光谱探测器提升其探测厚度下限。白光干涉膜厚测量技术可以应用于光学元件制造中的薄膜厚度控制。
确定靶丸折射率及厚度的算法 ,由于干涉光谱信号与膜的光参量直接相关,这里主要考虑光谱分析的方法根据测量膜的反射或透射光谱进行分析计算,可获得膜的厚度、折射率等参数。根据光谱信号分析计算膜折射率及厚度的方法主要有极值法和包络法、全光谱拟合法。极值法测量膜厚度主要是根据薄膜反射或透射光谱曲线上的波峰的位置来计算,对于弱色散介质,折射率为恒定值,根据两个或两个以上的极大值点的位置,求得膜的光学厚度,若已知膜折射率即可求解膜的厚度;对于强色散介质,首先利用极值点求出膜厚度的初始值。薄膜厚度是一恒定不变值,可根据极大值点位置的光学厚度关系式获得入射波长和折射率的对应关系,再依据薄膜材质的色散特性,引入合适的色散模型,常用的色散模型有cauchy模型、Selimeier模型、Lorenz模型等,利用折射率与入射波长的关系式,通过二乘法拟合得到色散模型的系数,即可解得任意入射波长下的折射率。随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提升和扩展。国内膜厚仪技术指导
白光干涉膜厚仪可以配合不同的软件进行分析和数据处理,例如建立数据库、统计数据等。高速膜厚仪定做
根据以上分析,白光干涉时域解调方案的优点如下:①能够实现测量;②抗干扰能力强,系统的分辨率与光源输出功率的波动、光源波长的漂移以及外界环境对光纤的扰动等因素无关;③测量精度与零级干涉条纹的确定精度以及反射镜的精度有关;④结构简单,成本较低。但是,时域解调方法需要借助扫描部件移动干涉仪一端的反射镜来进行相位补偿,因此扫描装置的分辨率会影响系统的精度。采用这种解调方案的测量分辨率一般在几个微米,要达到亚微米的分辨率则主要受机械扫描部件的分辨率和稳定性所限制。文献[46]报道的位移扫描的分辨率可以达到0.54微米。然而,当所测光程差较小时,F-P腔前后表面干涉峰值相距很近,难以区分,此时时域解调方案的应用受到了限制。高速膜厚仪定做