基于偏振光反射多点法测量薄膜参数

依据偏振光反射原理和多角度测量的多点拟合算法,实现了对薄膜材料折射率和厚度的精确测量。将高准直半导体激光入射到薄膜样品与空气分界面上,逐步旋转样品或改变样品表面的入射角,得到待测样品的反射率随入射角变化曲线。在曲线上取不同入射角处所对应的反射率,根据计算公式求解出多组薄膜厚度和折射率。利用已测量的多组反射率与求解出的薄膜参数相应反射率拟合后可确定出薄膜参数最优解。在求出的薄膜参数附近拓展一定范围再次拟合,可求出更精确的薄膜参数。基于此方法测量了SiO2薄膜的折射率和厚度,测量折射率误差不超过0.3%,厚度误差不超过0.07%。     

直流磁过滤电弧沉积氮化铝薄膜的研究

利用直流电弧技术在硅基片上制备氮化铝薄膜,研究了薄膜的折射率、消光系数、透过率和沉积速率.薄膜的光学折射率、消光系数、厚度通过椭偏法测试并拟合得到;薄膜的透过率谱通过傅里叶变换红外光谱仪测试,薄膜的沉积速率通过厚度的相应时间计算得到;利用柯希模型来拟合测试得到可见区光学常数,外推得到薄膜在整个近红外、中远红外的光学常数.结果表明:薄膜的折射率随工艺参数的不同有较大的变化范围,并且薄膜在较宽的光谱范围内消光系数为零;薄膜的沉积速率达到85 nm-min-1,单面镀制氮化铝薄膜的硅样片的峰值透过滤达到了69.2%.     

使用椭偏光谱研究氮化铝薄膜在不同温度下的光学性质

通过椭偏仪对生长在蓝宝石上的不同厚度氮化铝薄膜的变温光学性质进行了研究, 并采用托克-洛伦兹模型对椭偏实验数据进行了拟合分析, 精确得到了氮化铝薄膜的厚度和光学常数(折射率n, 消光系数k)等.研究的结果表明: 相比薄的氮化铝薄膜, 厚的氮化铝薄膜的折射率较大.随着温度的升高, 氮化铝的折射率、消光系数和带隙会向低能端单调地移动(红移);厚度对带隙随温度改变的影响较小, 对折射率则有一定的影响.     

使用椭偏光谱研究氮化铝薄膜在不同温度下的光学性质（英文）

通过椭偏仪对生长在蓝宝石上的不同厚度氮化铝薄膜的变温光学性质进行了研究,并采用托克-洛伦兹模型对椭偏实验数据进行了拟合分析,精确得到了氮化铝薄膜的厚度和光学常数(折射率n,消光系数k)等.研究的结果表明:相比薄的氮化铝薄膜,厚的氮化铝薄膜的折射率较大.随着温度的升高,氮化铝的折射率、消光系数和带隙会向低能端单调地移动(红移);厚度对带隙随温度改变的影响较小,对折射率则有一定的影响.     

应用镀膜长周期光纤光栅实现微折射率变化的测量

基于长周期光纤光栅(LPFG)4层镀膜模型,详细研 究了耦合的包层模式、薄膜厚度、薄膜折 射率和环境折射率等因素对镀膜LPFG折射率灵敏度的影响。研究发现,薄膜材料 折射率越高、薄膜厚度越接近最优薄膜厚度和耦合的包层模式越接近转折模式,镀膜LPFG的 折射率灵敏度越高。应用这类LPFG可对诸如乳化液、蔗糖溶液等在 浓度较小时浓度的微小变化引起的折射率微变化进行有效测量。以浓度为0～8%(对应的折 射率变化为1.3316~1.340,远离LPFG折射率敏 感区域)的乳化液为例进行了测量数值分析,结果表明,应用这类镀膜LPFG可以实现对远离 折射率敏感区的溶液浓度的微变化进行有效测量。     

倍频分离薄膜中的半波孔抑制研究

经典短波通膜堆(0.5LH0.5L)n会由于薄膜的折射率不均匀性而产生半波孔现象.在进行膜系结构设计时,通常将薄膜假定为均匀折射率材料,当薄膜的光学厚度为1/2中心波长时,薄膜可被视为虚设层.而在实际制备时,薄膜的折射率通常存在一定的不均匀性,薄膜的光学厚度与设计值不符,从而产生半波孔.对薄膜的基本周期结构进行了优化,优化后的膜系结构在半波处的光学导纳不再受折射率不均匀性的影响.在此基础上,设计并制备了倍频分离薄膜,有效消除了半波孔现象,理论和实验光谱曲线具有很好的一致性.     

基于显微数字全息的生物薄膜折射率的测量

提出了一种基于显微数字全息相位重构图像的生物薄膜折射率的简便测量方法。利用角谱法对生物薄膜的显微数字全息图像进行重构,得到其复振幅分布,从中获得激光通过生物薄膜后的相位变化与薄膜厚度、薄膜中液体的折射率及薄膜折射率间的定量关系。通过等厚干涉和阿贝折射仪测得膜的厚度与液体的折射率,再从定量的相位变化中获得生物薄膜的折射率。以洋葱内表皮细胞层折射率的测量为例,进行了相应的实验验证,得到了波长为632.8nm下的折射率。理论与实验均表明,该方法是有效和切实可行的。     

强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的测量新方法

提出了一种同时测量强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的方法。对生长于强吸收衬底上的透明薄膜,提出在该薄膜上镀一层薄金属,形成金属-薄膜-强吸收衬底的类波导结构。由于小角度入射光在强吸收衬底上具有较强的反射率,使该结构可容纳一系列共振模。利用自由空间耦合技术和导出的共振模模式本征方程,同时确定透明薄膜的厚度和折射率。实验中测量了硅衬底上制备的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的折射率和厚度,测量的相对误差均小于10-3。该方法具有简便、可靠、可测量任意折射率薄膜的优点。     

磁控溅射制备的氧化钒的椭偏光谱分析

采用直流反应磁控溅射工艺,在不同的沉积时间条件下(5～100min)制备了以单晶硅为衬底的氧化钒薄膜,用扫描电镜分析了薄膜结构的断面形貌.对氧化钒薄膜建立了椭偏色散模型[1],运用经典振子模型在椭偏仪上拟合并计算薄膜的透射光谱得到理想的拟合效果,发现在300～450nm内其折射率随波长的增加而增大,而在450～700nm内逐渐减小,632.8nm波长下磁控溅射制备的氧化钒薄膜折射率在2.2～2.5.初始沉积薄膜折射率较大,而随着沉积时间的增加,不同厚度的薄膜折射率从2.43到2.24呈现略微减小的趋势.用拟合得到的厚度值来计算出沉积速率,发现沉积速率也逐渐变小.     

镀膜级联长周期光纤光栅折射率传感研究

镀膜的级联长周期光纤光栅（Cascaded Long-Period Fiber Gratings, CLPFGs）对膜层的折射率及环境折射率有很高的敏感性, 可用作气体传感器或溶液浓度传感器。本文采用耦合模理论与传输矩阵法, 数值计算了不同薄膜厚度下镀膜CLPFGs干涉峰波长的相对变化率与薄膜折射率的相对变化率的比值, 及不同薄膜厚度下镀膜CLPFGs干涉峰波长的相对变化率与环境折射率的相对变化率的比值。选择恰当的镀膜厚度, 使镀膜CLPFGs传感器的灵敏度最优化, 结果表明镀膜CLPFGs传感器对薄膜折射率及环境折射率的分辨率可达10-5。     

浸没膜厚度对固体浸没透镜系统分辨力的影响

考虑了光在固体浸没透镜(SIL)和观测样品之间的薄膜的厚度效应,应用矢量衍射理论研究了半球形SIL系统的光场分布.分析和计算指出,光斑的强度、边瓣强度和光斑大小随薄膜的厚度发生振荡.当厚度一定时,在样品内表面附近,随着离开界面的距离的增加,光斑大小和边瓣强度基本不变,但光强先增大后减小,焦点略微向样品内迁移.薄膜材料的折射率与SIL的折射率相匹配时成像效果较好、分辨率较高.     

红外自动薄膜折射率测量仪

介绍了由HP-85小型计算机控制的红外自动薄膜折射率测量仪,测量了多种常用红外光学薄膜的折射率,其相对均方根偏差均小于0.2%。分析了膜层的制备质量、消光系数、厚度以及系统的稳定性对测量准确性的影响。     

基于透射光谱的类金刚石膜光学参数反演

本文采用透射光谱法测量Ge基底类金刚石薄膜(Diamond-like carbon,DLC)的光谱曲线.应用测量的光谱曲线,基于模拟退火算法,构建目标优化函数,通过光谱反演法得到薄膜的厚度、折射率、消光系数.该方法得到的Ge基底类金刚石膜的光学参数与椭偏仪测试结果比对,折射率误差小于1％,厚度误差小于2％.并且将薄膜的...     

原子层沉积超薄氮化铝薄膜的椭圆偏振光谱法表征

采用原子层沉积(ALD)工艺在硅衬底上生长了35 nm以下不同厚度的超薄氮化铝(AlN)晶态薄膜。利用椭圆偏振光谱法在波长275~900 nm内测量并拟合薄膜的厚度及折射率和消光系数等光学参数。利用原子力显微镜(AFM)表征AlN晶粒尺寸随生长循环次数的变化,计算得到薄膜表面粗糙度并用于辅助椭偏模型拟合。针对ALD工艺特点建立合适的椭偏模型,可获得AlN超薄膜的生长速率为0.0535 nm/cycle,AlN超薄膜的折射率随着生长循环次数的增加而增大,并逐渐趋于稳定,薄膜厚度为6.88 nm时,其折射率为1.6535,薄膜厚度为33.01 nm时,其折射率为1.8731。该模型为超薄介质薄膜提供了稳定、可靠的椭圆偏振光谱法表征。     

薄膜增强的Goos-H(a)nchen位移

在单界面的全反射和双棱镜结构的受抑全内反射中,Goos-Hanchen(GH)位移量只能达到波长的量级,在实验中很难对其进行探测.在镀有薄膜的玻璃棱镜界面上,当入射角小于但接近于棱镜与薄膜(其折射率小于棱镜的折射率)界面的临界角时,全反射光束的GH位移共振增强现象.分析表明,在入射角给定的情况下,共振峰的峰值随着薄膜厚度的增加而增加,峰值位移量可以达到光波长的100～1000倍,且位移量可通过改变入射角和薄膜厚度来调节.最后给出了为使反射光束的轮廓不变,薄膜的厚度应满足的条件.     

吸收性薄膜波导的参数测量

介绍了一种用棱镜耦合法测量吸收性薄膜波导参数的一种方法，它是由测得棱镜底部反射光斑中模的吸收线位置来确定薄膜的折射率和厚度。结果表明，此方法无需进行大量的计算就能同时精确地测量薄膜的折射率和厚度。给了两种吸收不同的薄膜波导参数测量结果。     

利用调制式椭偏仪测量薄膜电光系数

利用调制式的椭偏仪测量了掺镧锆钛酸铅PLZT薄膜的电光系数．首先用反射椭偏测量的方法得到薄膜的折射率(n)和厚度(d),然后利用透射椭偏在线测量的功能,在样品上加电场(E),得到薄膜的折射率的改变8n．最后用测量得到的厚度,折射率以及折射率的改变来计算薄膜的电光系数．该仪器的灵敏度很高,很适合较薄的膜层材料电光性质的测量．     

测量薄膜材料n、H、d的简易方法及其在低温测量中的应用

介绍了一种测定薄膜材料光学常数的简易方法,它的最大优点是只需要知道薄膜材料的透射光谱。薄膜的光学常数和厚度测试精度优于1%,并给出了PbTe、ZnSe薄膜在室温及低温下的折射率。     

平面光波回路用均匀折射率厚SiO2膜制备技术研究

通过优化多孔硅氧化工艺制备了高质量的均匀折射率厚SiO2薄膜,该方法具有高效、低成本的显著优点.通过高倍光学显微观察与棱镜耦合仪分析得到多孔硅氧化形成的SiO2膜厚度达到13μm且厚度均匀;折射率为1.444 8;折射率不均匀度小于0.0‰.     

不同沉积方式SiO2薄膜的自然时效特性

SiO2薄膜是光学薄膜领域内常用的重要低折射率材料之一。文中采用不同沉积技术在Si基底上制备了SiO2薄膜,并研究了它们光学特性的自然时效特性。采用不同贮存时间的椭偏光谱表征SiO2薄膜的光学特性,随着时间的增加,EB-SiO2薄膜和IAD-SiO2薄膜的物理厚度和光学厚度随着增加,但IBS-SiO2薄膜随着减小,变化率分别为1.0%,2.3%和-0.2%。当贮存时间达到120天时,IBS-SiO2薄膜、EB-SiO2薄膜和IAD-SiO2薄膜的物理厚度和光学厚度趋于稳定。实验结果表明,IBS-SiO2薄膜的光学特性稳定性最好,在最外层保护薄膜选择中,应尽可能选择离子束溅射技术沉积SiO2薄膜。