光干涉膜厚仪的精度

为限度提高靶丸内爆压缩效率 ，期望靶丸所有几何参数、物性参数均为理想球对称状态。因此，需要对靶丸壳层厚度分布进行精密的检测。靶丸壳层厚度常用的测量手法有X射线显微辐照法、激光差动共焦法、白光干涉法等。下面分别介绍了各个方法的特点与不足，以及各种测量方法的应用领域。白光干涉法[30]是以白光作为光源，宽光谱的白光准直后经分光棱镜分成两束光，一束光入射到参考镜。一束光入射到待测样品。由计算机控制压电陶瓷(PZT)沿Z轴方向进行扫描，当两路之间的光程差为零时，在分光棱镜汇聚后再次被分成两束，一束光通过光纤传输，并由光谱仪收集，另一束则被传递到CCD相机，用于样品观测。利用光谱分析算法对干涉信号图进行分析得到薄膜的厚度。该方法能应用靶丸壳层壁厚的测量，但是该测量方法需要已知靶丸壳层材料的折射率，同时，该方法也难以实现靶丸壳层厚度分布的测量。该仪器的工作原理是通过测量反射光的干涉来计算膜层厚度，基于反射率和相位差。光干涉膜厚仪的精度

光纤白光干涉此次实验所设计的解调系统是通过检测干涉峰值的中心波长的移动实现的，所以光源中心波长的稳定性将对实验结果产生很大的影响。实验中我们所选用的光源是由INPHENIX公司生产的SLED光源，相对于一般的宽带光源具有输出功率高、覆盖光谱范围宽等特点。该光源采用+5V的直流供电，标定中心波长为1550nm，且其输出功率在一定范围内是可调的，驱动电流可以达到600mA。测量使用的是宽谱光源。光源的输出光功率和中心波长的稳定性是光源选取时需要重点考虑的参数。白光干涉膜厚仪测量方法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管控。

该文主要研究了以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性，主要涉及三种方法，分别是白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。对于折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的半导体锗膜，选择采用白光干涉的测量方法；而对于厚度更薄的金膜，其折射率为复数，且能够激发表面等离子体效应，因此采用基于表面等离子体共振的测量方法。为了进一步提高测量精度，论文还研究了外差干涉测量法，通过引入高精度的相位解调手段并检测P光和S光之间的相位差来提高厚度测量的精度。

光谱法是一种以光的干涉效应为基础的薄膜厚度测量方法，分为反射法和透射法两种类型。入射光在薄膜-基底-薄膜界面上的反射和透射会引起多光束干涉效应，不同特性的薄膜材料的反射率和透过率曲线是不同的，并且在全光谱范围内与厚度一一对应。因此，可以根据这种光谱特性来确定薄膜的厚度和光学参数。光谱法的优点是可以同时测量多个参数，并能有效地排除解的多值性，测量范围广，是一种无损测量技术。其缺点是对样品薄膜表面条件的依赖性强，测量稳定性较差，因此测量精度不高，对于不同材料的薄膜需要使用不同波段的光源等。目前，这种方法主要用于有机薄膜的厚度测量。白光干涉膜厚测量技术可以在不同环境下进行测量；

在纳米量级薄膜的各项相关参数中 ，薄膜材料的厚度是薄膜设计和制备过程中的重要参数，是决定薄膜性质和性能的基本参量之一，它对于薄膜的光学、力学和电磁性能等都有重要的影响[3]。但是由于纳米量级薄膜的极小尺寸及其突出的表面效应，使得对其厚度的准确测量变得困难。经过众多科研技术人员的探索和研究，新的薄膜厚度测量理论和测量技术不断涌现，测量方法实现了从手动到自动，有损到无损测量。由于待测薄膜材料的性质不同，其适用的厚度测量方案也不尽相同。对于厚度在纳米量级的薄膜，利用光学原理的测量技术应用。相比于其他方法，光学测量方法因为具有精度高，速度快，无损测量等优势而成为主要的检测手段。其中具有代表性的测量方法有椭圆偏振法，干涉法，光谱法，棱镜耦合法等。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；国产膜厚仪设备生产

白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的非接触式测量；光干涉膜厚仪的精度

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光干涉膜厚仪的精度