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白光干涉的相干原理早在1975年就已經(jīng)被提出,隨后于1976年在光纖通信領(lǐng)域中獲得了實(shí)現(xiàn)。1983年,BrianCulshaw的研究小組報(bào)道了白光干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨后在1984年,報(bào)道了基于白光干涉原理的完整的位移傳感系統(tǒng)。該研究成果證明了白光干涉技術(shù)可以被用于測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換成位移的物理參量。此后的幾年間,白光干涉應(yīng)用于溫度、壓力等的研究相繼被報(bào)道。自上世紀(jì)九十年代以來,白光干涉技術(shù)快速發(fā)展,提供了實(shí)現(xiàn)測(cè)量的更多的解決方案。近幾年以來,由于傳感器設(shè)計(jì)與研制的進(jìn)步,信號(hào)處理新方案的提出,以及傳感器的多路復(fù)用[39]等技術(shù)的發(fā)展,使得白光干涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展更加迅***光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化和算法的改進(jìn)上。延慶區(qū)小型膜厚儀
本章主要介紹了基于白光反射光譜和白光垂直掃描干涉聯(lián)用的靶丸殼層折射率測(cè)量方法。該方法利用白光反射光譜測(cè)量靶丸殼層光學(xué)厚度,利用白光垂直掃描干涉技術(shù)測(cè)量光線通過靶丸殼層后的光程增量,二者聯(lián)立即可求得靶丸折射率和厚度數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面,為解決白光干涉光譜中波峰位置難以精確確定和單極值點(diǎn)判讀可能存在干涉級(jí)次誤差的問題,提出MATLAB曲線擬合測(cè)定極值點(diǎn)波長(zhǎng)以及利用干涉級(jí)次連續(xù)性進(jìn)行干涉級(jí)次判定的數(shù)據(jù)處理方法。應(yīng)用碳?xì)?CH)薄膜對(duì)測(cè)量結(jié)果的可靠性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。怎樣選擇膜厚儀供應(yīng)鏈該技術(shù)可以通過測(cè)量干涉曲線來計(jì)算薄膜的厚度。
根據(jù)以上分析可知,白光干涉時(shí)域解調(diào)方案的優(yōu)點(diǎn)是:①能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量;②抗干擾能力強(qiáng),系統(tǒng)的分辨率與光源輸出功率的波動(dòng),光源的波長(zhǎng)漂移以及外界環(huán)境對(duì)光纖的擾動(dòng)等因素?zé)o關(guān);③測(cè)量精度與零級(jí)干涉條紋的確定精度以及反射鏡的精度有關(guān);④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低。但是,時(shí)域解調(diào)方法需要借助掃描部件移動(dòng)干涉儀一端的反射鏡來進(jìn)行相位補(bǔ)償,所以掃描裝置的分辨率將影響系統(tǒng)的精度。采用這種解調(diào)方案的測(cè)量分辨率一般是幾個(gè)微米,達(dá)到亞微米的分辨率,主要受機(jī)械掃描部件的分辨率和穩(wěn)定性限制。文獻(xiàn)[46]所報(bào)道的位移掃描的分辨率可以達(dá)到0.54μm。當(dāng)所測(cè)光程差較小時(shí),F(xiàn)-P腔前后表面干涉峰值相距很近,難以區(qū)分,此時(shí)時(shí)域解調(diào)方案的應(yīng)用受到限制。
白光干涉時(shí)域解調(diào)方案需要借助機(jī)械掃描部件帶動(dòng)干涉儀的反射鏡移動(dòng),補(bǔ)償光程差,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)[44-45]。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。光纖白光干涉儀的兩輸出臂分別作為參考臂和測(cè)量臂,作用是將待測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為干涉儀兩臂的光程差變化。測(cè)量臂因待測(cè)物理量而增加了一個(gè)未知的光程,參考臂則通過移動(dòng)反射鏡來實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量臂引入的光程差的補(bǔ)償。當(dāng)干涉儀兩臂光程差ΔL=0時(shí),即兩干涉光束為等光程的時(shí)候,出現(xiàn)干涉極大值,可以觀察到中心零級(jí)干涉條紋,而這一現(xiàn)象與外界的干擾因素?zé)o關(guān),因而可據(jù)此得到待測(cè)物理量的值。干擾輸出信號(hào)強(qiáng)度的因素包括:入射光功率、光纖的傳輸損耗、各端面的反射等。外界環(huán)境的擾動(dòng)會(huì)影響輸出信號(hào)的強(qiáng)度,但是對(duì)零級(jí)干涉條紋的位置不會(huì)產(chǎn)生影響。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的快速測(cè)量和分析。
白光干涉測(cè)量技術(shù),也被稱為光學(xué)低相干干涉測(cè)量技術(shù),使用的是低相干的寬譜光源,例如超輻射發(fā)光二極管、發(fā)光二極管等。同所有的光學(xué)干涉原理一樣,白光干涉同樣是通過觀察干涉圖樣的變化來分析干涉光程差的變化,進(jìn)而通過各種解調(diào)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物理量的測(cè)量。采用寬譜光源的優(yōu)點(diǎn)是由于白光光源的相干長(zhǎng)度很?。ㄒ话銥閹孜⒚椎綆资⒚字g),所有波長(zhǎng)的零級(jí)干涉條紋重合于主極大值,即中心條紋,與零光程差的位置對(duì)應(yīng)。中心零級(jí)干涉條紋的存在使測(cè)量有了一個(gè)可靠的位置的參考值,從而只用一個(gè)干涉儀即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量,克服了傳統(tǒng)干涉儀無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量的缺點(diǎn)。同時(shí),相比于其他測(cè)量技術(shù),白光干涉測(cè)量方法還具有對(duì)環(huán)境不敏感、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前,經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展,白光干涉技術(shù)在膜厚、壓力、溫度、應(yīng)變、位移等等測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用于光學(xué)涂層中的薄膜反射率測(cè)量。怎樣選擇膜厚儀供應(yīng)鏈
白光干涉膜厚測(cè)量技術(shù)可以對(duì)不同材料的薄膜進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量和分析。延慶區(qū)小型膜厚儀
論文所研究的鍺膜厚度約300nm,導(dǎo)致其白光干涉輸出光譜只有一個(gè)干涉峰,此時(shí)常規(guī)基于相鄰干涉峰間距解調(diào)的方案(如峰峰值法等)將不再適用。為此,我們提出了一種基于單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的白光干涉測(cè)量方案,并設(shè)計(jì)搭建了膜厚測(cè)量系統(tǒng)。溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,峰值波長(zhǎng)與溫度變化之間具有良好的線性關(guān)系。利用該測(cè)量方案,我們測(cè)得實(shí)驗(yàn)用鍺膜的厚度為338.8nm,實(shí)驗(yàn)誤差主要來自于溫度控制誤差和光源波長(zhǎng)漂移。論文通過對(duì)納米級(jí)薄膜厚度的測(cè)量方案研究,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍺膜和金膜的厚度測(cè)量。論文主要的創(chuàng)新點(diǎn)是提出了白光干涉單峰值波長(zhǎng)移動(dòng)的解調(diào)方案,并將其應(yīng)用于極短光程差的測(cè)量。延慶區(qū)小型膜厚儀
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