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高精度、同步、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。膜厚仪的干涉测量能力较高,可以提供精确和可信的膜层厚度测量结果。膜厚仪使用误区
极值法求解过程计算简单,快速,同时确定薄膜的多个光学常数及解决多值性问题,测试范围广,但没有考虑薄膜均匀性和基底色散的因素,以至于精度不够高。此外,由于受曲线拟合精度的限制,该方法对膜厚的测量范围有要求,通常用这种方法测量的薄膜厚度应大于200nm且小于10μm,以确保光谱信号中的干涉波峰数恰当。全光谱拟合法是基于客观条件或基本常识来设置每个拟合参数上限、下限,并为该区域的薄膜生成一组或多组光学参数及厚度的初始值,引入适合的色散模型,再根据麦克斯韦方程组的推导。这样求得的值自然和实际的透过率和反射率(通过光学系统直接测量的薄膜透射率或反射率)有所不同,建立评价函数,当计算的透过率/反射率与实际值之间的偏差小时,我们就可以认为预设的初始值就是要测量的薄膜参数。薄膜膜厚仪的原理增加光路长度可以提高仪器分辨率,但同时也会更容易受到振动等干扰,需要采取降噪措施。
光谱拟合法易于应用于测量,但由于使用了迭代算法,因此其优缺点在很大程度上取决于所选择的算法。随着遗传算法、模拟退火算法等全局优化算法的引入,被用于测量薄膜参数。该方法需要一个较好的薄膜光学模型(包括色散系数、吸收系数、多层膜系统),但实际测试过程中薄膜的色散和吸收的公式通常不准确,特别是对于多层膜体系,建立光学模型非常困难,无法用公式准确地表示出来。因此,通常使用简化模型,全光谱拟合法在实际应用中不如极值法有效。此外,该方法的计算速度慢,不能满足快速计算的要求。
对同一靶丸的相同位置进行白光垂直扫描干涉实验,如图4-3所示。通过控制光学轮廓仪的运动机构带动干涉物镜在垂直方向上移动,测量光线穿过靶丸后反射到参考镜与到达基底后直接反射回参考镜的光线之间的光程差。显然,越偏离靶丸中心的光线测得的有效壁厚越大,其光程差也越大,但这并不表示靶丸壳层的厚度。只有当垂直穿过靶丸中心的光线测得的光程差才对应于靶丸的上、下壳层的厚度。因此,在进行白光垂直扫描干涉实验时,需要选择穿过靶丸中心的光线位置进行测量,这样才能准确地测量靶丸壳层的厚度。此外,通过控制干涉物镜在垂直方向上移动,可以测量出不同位置的厚度值,从而得到靶丸壳层厚度的空间分布情况。随着技术的进步和应用领域的拓展,白光干涉膜厚仪的性能和功能将不断提高和扩展。
傅里叶变换是白光频域解调方法中的一种低精度信号解调方法,起初由G.F.Fernando和T.Liu等人提出,用于低精度光纤法布里-珀罗传感器的解调。该解调方案的原理是通过傅里叶变换得到频域的峰值频率从而获得光程差,并得到待测物理量的信息。傅里叶变换解调方案的优势是解调速度快,受干扰信号影响较小,但精度不高。根据数字信号处理FFT理论,若输入光源波长范围为[λ1,λ2],则所测光程差的理论小分辨率为λ1λ2/(λ2-λ1),因此该方法主要应用于解调精度要求不高的场合。傅里叶变换白光干涉法是对傅里叶变换法的改进。该方法总结起来是对采集到的光谱信号进行傅里叶变换,然后滤波、提取主频信号,接着进行逆傅里叶变换、对数运算,之后取其虚部进行相位反包裹运算,从而通过得到的相位来获得干涉仪的光程差。经实验证明,该方法测量精度比傅里叶变换方法更高。操作之前需要专业技能和经验的培训和实践。品牌膜厚仪供应链
总的来说,白光干涉膜厚仪是一种应用很广的测量薄膜厚度的仪器。膜厚仪使用误区
薄膜材料的厚度在纳米级薄膜的各项相关参数中,是制备和设计中一个重要的参量,也是决定薄膜性质和性能的关键参量之一。然而,由于其极小尺寸及表面效应的影响,纳米级薄膜的厚度准确测量变得困难。科研技术人员通过不断的探索研究,提出了新的薄膜厚度测量理论和技术,并将测量方法从手动到自动、有损到无损等不断改进。对于不同性质的薄膜,其适用的厚度测量方案也不相同。在纳米级薄膜中,采用光学原理的测量技术可以实现精度高、速度快、无损测量等优点,成为主要的检测手段。典型的测量方法包括椭圆偏振法、干涉法、光谱法、棱镜耦合法等。膜厚仪使用误区