湘潭膜厚仪技术指导

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。白光干涉膜厚测量技术可以应用于激光加工中的薄膜吸收率测量。湘潭膜厚仪技术指导

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高速膜厚仪操作方法白光干涉膜厚测量技术可以实现对薄膜的快速测量和分析。

由于不同性质和形态的薄膜对系统的测量量程和精度的需求不尽相同，因而多种测量方法各有优缺，难以一概而论。将上述各测量特点总结如表1-1所示，按照薄膜厚度的增加，适用的测量方式分别为椭圆偏振法、分光光度法、共聚焦法和干涉法。对于小于1μm的较薄薄膜，白光干涉轮廓仪的测量精度较低，分光光度法和椭圆偏振法较适合。而对于小于200nm的薄膜，由于透过率曲线缺少峰谷值，椭圆偏振法结果更加可靠。基于白光干涉原理的光学薄膜厚度测量方案目前主要集中于测量透明或者半透明薄膜，通过使用不同的解调技术处理白光干涉的图样，得到待测薄膜厚度。本章在详细研究白光干涉测量技术的常用解调方案、解调原理及其局限性的基础上，分析得到了常用的基于两个相邻干涉峰的白光干涉解调方案不适用于极短光程差测量的结论。在此基础上，我们提出了基于干涉光谱单峰值波长移动的白光干涉测量解调技术。

白光干涉时域解调方案需要借助机械扫描部件带动干涉仪的反射镜移动，补偿光程差，实现对信号的解调[44-45]。系统基本结构如图2-1所示。光纤白光干涉仪的两输出臂分别作为参考臂和测量臂，作用是将待测的物理量转换为干涉仪两臂的光程差变化。测量臂因待测物理量而增加了一个未知的光程，参考臂则通过移动反射镜来实现对测量臂引入的光程差的补偿。当干涉仪两臂光程差ΔL=0时，即两干涉光束为等光程的时候，出现干涉极大值，可以观察到中心零级干涉条纹，而这一现象与外界的干扰因素无关，因而可据此得到待测物理量的值。干扰输出信号强度的因素包括：入射光功率、光纤的传输损耗、各端面的反射等。外界环境的扰动会影响输出信号的强度，但是对零级干涉条纹的位置不会产生影响。白光干涉膜厚测量技术可以通过对干涉图像的分析实现对薄膜的缺陷检测和分析。

白光干涉频域解调顾名思义是在频域分析解调信号，测量装置与时域解调装置几乎相同，只需把光强测量装置换为光谱仪或者是CCD，接收到的信号是光强随着光波长的分布。由于时域解调中接收到的信号是一定范围内所有波长的光强叠加，因此将频谱信号中各个波长的光强叠加，即可得到与它对应的时域接收信号。由此可见，频域的白光干涉条纹不仅包含了时域白光干涉条纹的所有信息，还包含了时域干涉条纹中没有的波长信息。在频域干涉中，当两束相干光的光程差远大于光源的相干长度时，仍可以在光谱仪上观察到频域干涉条纹。这是由于光谱仪内部的光栅具有分光作用，能够将宽谱光变成窄带光谱，从而增加了光谱的相干长度。这一解调技术的优点就是在整个测量系统中没有使用机械扫描部件，从而在测量的稳定性和可靠性上得到很大的提高。常见的频域解调方法有峰峰值检测法、傅里叶解调法以及傅里叶变换白光干涉解调法等。白光干涉膜厚测量技术的研究主要集中在实验方法的优化和算法的改进上。高速膜厚仪操作方法

白光干涉膜厚测量技术可以应用于电子工业中的薄膜电阻率测量。湘潭膜厚仪技术指导

论文主要以半导体锗和贵金属金两种材料为对象，研究了白光干涉法、表面等离子体共振法和外差干涉法实现纳米级薄膜厚度准确测量的可行性。由于不同材料薄膜的特性不同，所适用的测量方法也不同。半导体锗膜具有折射率高，在通信波段（1550nm附近）不透明的特点，选择采用白光干涉的测量方法；而厚度更薄的金膜的折射率为复数，且能激发明显的表面等离子体效应，因而可借助基于表面等离子体共振的测量方法；为了进一步改善测量的精度，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，检测P光与S光之间的相位差提升厚度测量的精度。湘潭膜厚仪技术指导