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海洋光学光纤光谱仪测膜厚应用

作者:admin  时间:2022-11-23 3:04:33

 使用光纤光谱仪测薄膜厚度


上图为使用海洋光学光纤光谱仪,利用干涉效应来测量薄膜厚度的原理图。当一束光以θ1从薄膜表面入射,其中一部分光直接反射,另一部分光则以θ2进入薄膜发生折射,折射光经膜层下表面反射后,再经其上表面发生折射出射到空气,反射光1与反射光2是相干光,发生干涉。使用光纤光谱仪测量薄膜厚度的原理主要是通过反射光谱,反射光谱曲线中干涉峰的出现是薄膜干涉的结果。

< 在薄膜干涉实验测试中,入射光波长与介质折射率、薄膜厚度之间有如下关系:




当采取垂直入射的方法(θ10θ20)时,上式可简化成:


如果知道具体k的值,就可根据干涉峰位推算出膜层厚度d。但由于每个干涉波峰和波谷所对应的k很难确定,且不同厚度的薄膜k值不尽相同,因此通常采用消去k值的方法来求算薄膜的厚度d

不同厚度薄膜的反射光谱图

假定反射光谱上相邻的两个波峰λ1与波谷λ2,可联立两式求得薄膜厚度d

实际测量中,从反射光谱上可以得到多组波峰和波谷对应的波长,应计算出多个薄膜厚度的数值,然后求平均值以减少测量误差。


光纤光谱仪测薄膜厚度的优点

-搜集样品数据速率快,适用于在线实时测量。

-非接触式光学测量,不对样品造成损耗。

-系统体积小,重量轻,测量灵活,USB连接方式,即插即用。

-可根据需求,定制不同波段的光谱仪。

-可测多层膜厚。


首先介绍一下光的干涉。由于光的波动特性,若干列光波在空间相遇时,互相叠加或互相抵消,引起光强的重新分布,在某些区域始终加强,在某些区域始终减弱,从而出现了明暗相间的条纹,这种现象称为光的干涉。


   产生干涉效应必须具备三个条件:叠加的光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。


杨氏双缝干涉实验



我们回顾一下物理学史上著名的光学实验——杨氏双缝干涉实验。单色光源从小孔S进入,从小孔S射出并经过两个对称的小孔S1S2。由S1S2分射出的两列光波来源于同一光波,频率相同、振动方向相同、相位差恒定,因而是相干光波,在距屏d’的屏上叠加并形成明暗相间的干涉条纹。


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