自动椭偏测厚仪测量精确度的实验研究

根据椭偏消光法和光度法原理,研制成功一台消光法和光度法兼容的自动椭偏测厚仪。本文介绍椭偏光度法的测量原理和仪器的测量过程及方法,并详细给出仪器测量精确度的实验研究结果。     

斯托克斯椭偏仪的非线性最小二乘拟合偏振定标

由于传统的斯托克斯椭偏仪定标方法中入射光源的偏振效应、定标单元中光学元件的制造与装调误差都会降低仪器矩阵的定标精度,从而影响偏振态的测量精度,本文提出了基于非线性最小二乘拟合算法的仪器矩阵偏振定标方法.该方法将描述定标单元的参量和仪器矩阵的所有矩阵元一起作为未知参数,根据偏振光学传输理论建立探测光强与未知参数的函数关系式;然后,基于非线性最小二乘拟合方法拟合实际探测光强随定标单元方位角的变化曲线,进而得到斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵.实验中使用该方法和传统方法在500～700 nm波段分别定标了KD*P型斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵.结果显示,新方法在500～600 nm波段获得的斯托克斯参数的总均方根(RMS)偏差为1.6％,较传统定标方法提高约0.5％;波长大于600 nm时,由于系统信噪比降低使得新方法的测量精度降为2.4％,但仍然远高于传统方法的测量精度.结果表明,提出的方法简单易行,适用于各种斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵定标.     

椭偏仪的结构原理与发展

椭偏仪是目前薄膜光学参数测量最先进的智能化仪器,本文比较系统地介绍了仪器的结构原理、测量方法和发展现状。     

分光棱镜型分振幅光度式偏振测量系统的研究

介绍了分振幅光度式偏振测量原理,并论述我们基于此种原理所建立的分光棱镜型分振幅光度式偏振测量系统的结构、定标和性能校验。文中提出了一种新的定标方法,应用一块位相延迟为非规整值的延迟器代替常规该类系统中使用λ／４延迟器,实现了对系统仪器矩阵定标的所有功能。     

LCD工业用自动椭偏仪的设计思路

简要介绍了椭圆偏振测量术的基本原理及自动椭偏仪,并设计制作了一台新型自动消光椭偏仪的原理样机.分析了各种可用于液晶显示器(LCD)膜系测量的技术,指出由于自动椭偏仪具有无损探测、测量准确度高和测量迅速等特点,非常适合用于LCD薄膜系统的在线监测.并且,自动椭偏仪在其他领域的测量应用前景也很好.     

Wollaston棱镜偏振非正交对空间测角系统的影响

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能,对一定入射及方位角的光束经过Wollaston棱镜后引起的两出射光束的偏振非正交及进而引起的系统测角误差进行了研究。首先,建立系统坐标系模型,采用光线追迹法,并利用坐标变化的方式,对任意入射角和方位角下Wollaston棱镜的偏振非正交进行了理论推导。接着,对偏振非正交与入射角的关系及它对系统测角精度的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明,随着偏振非正交及空间方位角的变大,系统测量误差变大,且Wollaston棱镜偏振非正交对系统测角精度的影响较大;当方位角为3°,偏振非正交为10′时,测角误差为30″。最后,通过分析偏振非正交的产生原因,改进了原有光源扩束系统,改善了偏振非正交对系统测角精度的影响,减小了测角误差。本文的研究成果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。     

试验验证圆度测量中圆心偏对球杆仪测试结果的影响

基于Renishaw QC20-W球杆仪对某型卧式加工中心进行了圆度测试,给出了圆度测试的结果并对结果进行了分析.试验结果表明,在对数控机床进行圆度测试时,圆心偏移对于轨迹误差测量的影响可以忽略.最后分析了球杆仪解算器的误差分离功能,得出了在对数控机床进行圆轨迹误差测试时可以不考虑圆心偏干扰的结论.     

基于保偏镜组的外差干涉测量几何误差分析

角锥棱镜由于本身缺陷会导致失偏效应。在平面镜外差干涉仪中,使用一种保偏反射镜组替代角锥棱镜,以减小外差干涉仪的非线性误差。根据这个平面镜外差干涉仪的基本光路图,基于偏振分光棱镜和角锥棱镜的基本光学特性,分析了平面镜外差干涉仪中3个偏振分光棱镜偏摆角、仰俯角和滚动角,保偏反射镜组中2个偏振分光棱镜之间的间距和角度,以及角锥棱镜的偏摆角和仰俯角等误差对干涉仪的影响。推导出外差干涉仪中各个光学元件的最大安装误差,并规定好其加工精度,确保外差干涉仪性能。     

容积式油耗仪测量精度影响因素的分析

针对传统客积式油耗仪测量精度低的问题,分析了容积式油耗仪测量精度的影响因素,并提出了相应的解决方法,为今后开发高精度的油耗仪提供了理论依据.     

沟道形位误差对配套仪测量精度的影响

分析了沟道的形位误差（沟位、沟摆、沟径偏差、圆度误差和沟曲率半径）对DP902仪和ZCY－1仪测量精度的影响程度。由于这两种配套仪定位测量方法不同，故沟道形位误差对它们测量精度的影响也不相同。     

锥形内表面干涉测量误差分析

为了实现对回转锥形内表面的形貌精密测量,分析了干涉测量中误差产生的原因,明确了误差对测量结果造成的影响。通过在圆柱坐标系下建立数学模型,推导出偏移误差和角度误差的数学公式,并对误差公式进行分析。结果表明:圆锥反射镜的偏移量和顶角的加工误差都会造成光程差;当偏移量极小时,光程差与反射镜偏移量成线性关系;光程差对于角度误差非常敏感,为了保证测量精度,需要严格控制圆锥反射镜的顶角大小。     

视觉测量齿轮定位偏心对齿距测量精度的影响

为了提高中小模数直齿圆柱齿轮视觉测量仪齿距测量精度,分析了在视觉坐标系内齿轮基圆定位偏心对齿距测量误差的影响规律。通过理论分析和仿真计算得出基圆定位偏心导致齿廓初始相位角误差的正弦曲线模型,进而研究了基圆定位偏心对齿距测量误差的影响。根据视觉测量仪相对法测量齿距原理,推导出齿距测量误差增量公式,并在齿轮视觉测量仪上对实际齿轮进行了测量实验。实验结果表明,提出的基圆定位偏心所导致的齿距测量误差增量模型具有较高的计算精度,可以用于齿轮视觉测量仪器研发时的精度分析;当偏心量e≤40μm,定位误差Δψ_j≤1°时,可以满足5级精度齿轮的测量要求;对于齿数z≥45的齿轮,可以采用双齿距测量方法来提高视觉测量效率,能够满足5级精度齿轮的测量要求。     

纳米多孔氧化铝薄膜厚度的反射光谱测量方法研究

提出一种基于反射光谱的纳米多孔氧化铝(PA)薄膜厚度测量的方法。当白光照射PA薄膜时,分别从薄膜上、下表面反射的两束光线发生干涉。根据布拉格公式(B raggequation),若已知反射干涉光谱相邻两个极大值对应的波数差和薄膜的折射率就可以算出薄膜厚度。PA的有效折射率可根据M axw ell-G arnett有效介电常数理论由孔隙率算出。这种方法的优点是能实现PA总体膜厚的非接触、非破坏性在线测量。     

入射角度变化对角锥棱镜测量精度的影响

为了掌握角锥棱镜用在激光跟踪仪中光束入射角度变化对其测量精度的影响规律。详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性。计算出了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角度变化的理论公式,进而得到角锥棱镜测量精度随光束入射角度变化的规律。实验结果表明：角锥棱镜测量精度随入射角增大而减小,在最大允许入射角处发生突变。在最大允许入射角±35.26°时其测量误差达到0.050mm;而在±20°范围内时其测量精度优于0.010mm,且入射角度在±15°范围内其测量精度最高,稳定性最好。所得结论证明了当角锥棱镜在入射角度为±20°范围内工作时能满足了激光跟踪仪的测量精度要求,这对角锥棱镜设计和实际测量工作具有指导意义。     

高功率激光热效应对合束系统的影响

提出利用镀膜合束的方法对三路光束进行合束用于高功率红外激光合束系统设计。考虑系统中关键元件使用的红外材料ZnSe易受热效应影响,采用光机热耦合分析方法,研究了在温度边界条件固定时,各波段激光所产生的耦合热效应对各路激光波前畸变的影响,同时定性分析了系统中存在的激光偏置热效应。研究结果显示,系统中各波段的激光波前畸变均方根值(RMS)均满足设计要求(各波段波前畸变小于λ/8);激光偏置造成的波面高频成分增大了长波激光波前畸变量,但高频成分对系统波前畸变影响依然满足要求;轴向温差可在35s达到平衡,对光束波前造成主要影响的是各块镜片的面型畸变。根据分析结果搭建了实验平台,利用系统中短波400 W激光进行实验,采集了该条件下的面型并与仿真结果进行了对比,实验结果验证了该分析方法计算结果的准确性。     

单色光干涉面接触润滑膜厚在线测量

提出了滑块-玻璃盘形成的面接触润滑油膜厚度光干涉在线测量方法。以单色激光为光源,根据油膜厚度变化引起平行干涉条纹平移的物理特征,基于光流和动态时间规整技术构造复合算法,测量干涉图像相邻帧空间域上一维光强曲线的位移,从而得到相邻帧之间的油膜厚度差。从零速度开始记录每一帧干涉图像对应的膜厚变化,实时计算出当前帧对应的膜厚,实现了膜厚的在线测量。当前算法的测量结果与离线膜厚测量结果进行了对比,验证了该系统的测量准确性。进行了阶跃载荷、匀加速及匀减速工况下的膜厚测量,揭示了膜厚变化规律。     

基于无衍射光的空间入射角测量及其自动标定

为了实现对空间入射角度的精密测量,基于无衍射光束的光斑中心轨迹在自由空间的传播特性,提出了一种空间入射角精密测量系统的实现方法。针对无衍射光测空间入射角测量系统难以快速、准确地建立光束空间矢量与图像传感器像素的映射关系的问题,提出了一种基于全站仪的近距直接标定方法;搭建了用于标定的系统平台,并通过全站仪的电控马达,编写了用于标定的自动控制软件;实现了对图像传感器的自动、快速标定,极大地缩减了标定时间,消除了长时间标定所引起的系统时变误差。在工作时,通过无衍射光斑特定的定中算法,获得其在图像传感器光敏面上的位置坐标,结合光束空间矢量与角度映射矩阵,通过曲面插值即可计算得出光束的空间入射角度。实验表明针对该空间入射角测量系统的标定方法可行、自动、快速且映射精度高,可适用于类似于空间角度入射角测量系统的标定。     

基于Ronchi光栅Talbot效应的角度精确测量

提出了通过对Ronchi光栅的Talbot效应所产生的莫尔条纹周期的计量来测量小角度的方法。并在此基础上推导了角度的计算公式,分析了这种方法的测量精度。这种角度测量方法不需要转动部件且有速度快,精度高实时的特点。     

In situ electron beam induced current measurements of the local thickness in semiconductor devices

A quantitative electron beam induced current method is shown, applicable in situ for electron beam current measurement on a semiconductor sample without the need for a Faraday cup. As a validation technique, the measurement of top overlayer thickness in the semiconductor structure was chosen for two reasons. First, the measured thickness is easily verified using the same electron microscope in the secondary electron mode by measuring the layer thickness at the layer edges. Second, the measurement of a layer thickness and its local variations constitute an important issue in semiconductor processing and characterization. The proposed method is used in the planar view of the sample, and also for locations far from the layer edges. Quasi‐three‐dimensional maps of the thickness spatial distribution are presented.     

Multi-range sensors for the measurement of liquid film thickness distributions based on electrical conductance

The paper presents an approach toward an enhancement of the measuring range of high-speed sensors for the measurement of liquid film thickness distributions based on electrical conductance. This type of sensors consists of electrodes mounted flush to the wall. The sampling of the current generated between a pair of neighboring electrode is used as a measure of the film thickness. Such sensors have a limited measuring range, which is proportional to the lateral distance between the electrodes. The range is therefore coupled to the spatial resolution. The proposed new design allows an extension of the film thickness range by combining electrode matrices of different resolution in one and the same sensor. In this way, a high spatial resolution is reached with a small thickness range, whereas a film thickness that exceeds the range of the high resolution measurement can still be acquired even though on the costs of a lower spatial resolution. A simultaneous signal acquisition with a sampling frequency of 3.2 kHz combines three measuring ranges for the characterization of a two-dimensional film thickness distribution: (1) thickness range 0–600 µm, lateral resolution 2×2 mm², (2) thickness range 400–1300 µm, lateral resolution 4×4 mm², and (3) thickness range 1000–3500 µm, lateral resolution 12×12 mm². The functionality of this concept sensor is demonstrated by tests in a horizontal wavy stratified air–water flow at ambient conditions. Using flexible printed circuit board technology to manufacture the sensor makes it possible to place the sensor at the inner surface of a circular pipe.