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专利名称：一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量光学薄膜厚度的装置。
背景技术：
随着薄膜技术和光电器件的广泛应用，光学薄膜已广泛应用于军用和民用器件生产中。薄膜作为独立于体材料存在着许多独特的光学和电学性质，这些性质取决于薄膜制作工艺的同时，也与薄膜厚度密切相关，因此厚度测量对于薄膜材料的光学、电学性质的研究十分重要。另外薄膜厚度是薄膜设计和工艺制造中的关键参数之一，随着光电技术以及微电子技术的快速发展，薄膜的应用领域越来越广泛，各种厚度只有几百甚至数十纳米的单层或多层功能薄膜成为当前材料研究的热点，使得精确测量薄膜厚度成为薄膜技术研究领域中的热点问题。因此，精确确定厚度与光学常数对于研究薄膜的性质具有重要意义 光干涉计量测试技术以波长为计量单位，是一种公认的高精度计量测试技术。许多精密测试工作都是以光干涉的方法来实现的。干涉仪输出的是一幅干涉图，借助数学物理模型可以将干涉图与多种被测参数相联系，从而实现测量相关的物理参数。相移干涉术是将数字相移技术引入到干涉计量技术中而发展起来的，近年来得到了广泛的应用。目前测量装置主要为三角测量装置和相位测量装置最简单的三角测量装置是从 光源发射一束光照射到被测物体表面，通过成像观察镜观察反射光点的位置，从而计算出物点的位移；由于入射和反射光构成一个三角形，所以称为三角测量；相位测量装置是采用入射光被测物体上下表面反射，反射光满足一定要求时便会出现干涉条纹，物体表面的深度信息将对条纹的振幅和位相进行调制，采用一定的算法可将携带物体深度信息的相位变化解调出来，从而得到物体的厚度信息。三角测量装置简单，适于测量加工表面粗糙的非接触测量，但是测量精度不够。相位测量装置测量精度高，但是装置相对复杂。

实用新型内容本实用新型的目的是为了解决现有三角测量装置测量精度低和相位测量装置复杂的问题，提供一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置。一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置，它包括二元光栅、凸透镜、CCD探测器和数据处理单元，沿光路方向依次固定二元光栅、凸透镜和CCD探测器，CCD探测器的光敏面位于凸透镜的焦平面上，CCD探测器的信号输出端连接在数据处理单元的数据输入端。本实用新型能够在已知入射光波长和透明材料折射率时，由干涉条纹与标记中心的偏移量来测量待测透明材料的厚度，易于实际应用，装置简单，透明材料的吸收对测量无影响，能够高精度测量厚度小于入射光波长的光学薄膜的厚度。适合测量纳米级薄膜的厚度且不对其进行破坏。
图I为本实用新型的结构示意图，图2为待测光学薄膜遮挡多缝光栅示意图，图3为实施方式三中除S外其余参数不变的情况下，干涉光强随e的变化示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图I说明本实施方式，本实施方式所述一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置，它包括二元光栅2、凸透镜3、CCD探测器4和数据处理单元5，沿光路方向依次固定二元光栅2、凸透镜3和CXD探测器4，CXD探测器4的光敏面位于凸透镜3的焦平面上，CXD探测器4的信号输出端连接在 数据处理单元5的数据输入端。本实用新型在测量时，将待测光学薄膜I设置在二元光栅2的部分狭缝外侧，均匀分布线偏振光垂直照射在待测光学薄膜I上，透过待测光学薄膜I照射在二元光栅2上，均匀分布线偏振光透过二元光栅2在CXD探测器4成像，形成衍射条纹。
具体实施方式
二本实施方式是对实施方式一所述一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置的进一步限定，二元光栅2的缝宽度都相等。
具体实施方式
三本实施方式是对实施方式一所述一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置的进一步限定，所述数据处理单元5获得光学薄膜厚度数据具体过程为由于入射光为均匀分布线偏振光，在光的传播过程中电场振动方向始终相同，根据光的衍射理论，推导CCD探测器4上任意点P点光强表达式为I{p)= 2-\——::辅杉)2 +7^f2E2CosWa-4 + (I)其中=
A0为r与Z轴夹角，光栅缝宽为a，缝间距为d，光栅距透镜距离为D，总狭缝数为N，k是波数，A是入射光波长，L1和L2是光程(见图I中粗虚线)，C1和C2为常数；待测光学薄膜I对入射光的吸收归入参数中，因此待测光学薄膜I对入射光的吸收对测量无影响。从公式(I)得出干涉条纹极大值的水平移动只与5有关，与其它参数无关。在得到的衍射条纹中任取一段，代入式(I)中进行拟合得到待测光学薄膜引起的光程差8 ；图3为改变参数5，理论计算接收屏上的光强分布。在其它参数保持不变时，仅改变S值，S分别取值为50nm、100nm和200nm。可见随5值的变化，干涉条纹极大值出现水平移动，S值越大，干涉图形水平平移量越大。可以根据此平移值计算出待测光学薄膜的厚度。待测光学薄膜的厚度为L=丨叫(2)
ft — /Iq其中 为空气的折射率，n为待测光学薄膜的折射率。本实用新型所述的一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置的结构不局限于上述各个具体实施方式
所述的具体结构，还可以是各个实施方式所记载的技术特征的合理组 合。
权利要求1.一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置，其特征是，它包括二元光栅(2)、凸透镜(3)、CCD探测器(4)和数据处理单元(5)，沿光路方向依次固定二元光栅(2)、凸透镜(3)和CCD探测器(4)，CCD探测器(4)的光敏面位于凸透镜(3)的焦平面上，CCD探测器(4)的信号输出端连接在数据处理单元(5)的数据输入端。
2.根据权利要求I所述一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置，其特征在于，二元光栅(2)的缝宽度都相等。
专利摘要一种利用多缝衍射法测量光学薄膜厚度的装置，涉及一种测量光学薄膜厚度的装置，它为了解决现有三角测量装置测量精度低和相位测量装置复杂的问题，它包括二元光栅、凸透镜、CCD探测器和数据处理单元，沿光路方向依次固定二元光栅、凸透镜和CCD探测器，CCD探测器的光敏面位于凸透镜的焦平面上，CCD探测器的信号输出端连接在数据处理单元的数据输入端。适用于测量纳米级薄膜的厚度。
文档编号G01B11/06GK202562444SQ20122021085
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者贺泽龙, 刘静森, 白云峰, 李林军 申请人:黑龙江工程学院