双波长动态液膜厚度与温度同步测量系统

基于半导体激光吸收光谱(DLAS)技术,研制了双波长动态液膜厚度与温度高精度同步测量系统。利用标准具对该系统的测量精度进行验证。结果表明,该系统的液膜厚度和温度的平均测量误差分别为4.58%和1.34%。在此基础上,利用该系统对水平石英玻璃板上的液膜蒸发过程进行研究。结果表明,液膜的平均蒸发速率为0.34μm/s,蒸发速率随液膜温度的升高而增大,且DLAS与图像法和热电偶测得的结果吻合良好。利用该系统对流道中的动态液膜进行研究,在不同液膜温度(308,315,323 K)下,液膜平均厚度基本一致且在1 s内波动11次,液膜温度几乎保持恒定。     

封面解读

正本封面展现了大陡度透镜表面膜层折射率和膜层厚度均匀分布对激光光束质量的影响。大陡度透镜表面弯曲特性在膜层蒸发沉积过程中产生明显的遮挡效应,导致膜层的沉积角度、堆积密度和表面粗糙度发生变化,进而使得膜层厚度和折射率产生不均匀分布现象。采用宽角宽带膜系和温度-转速综合调控技术可解决这种膜层生长特性改变和均匀性难题,提升激光光束通过透镜后的光束质量。     

金属反射镜对外差干涉椭偏测量精度的影响

采用声光调制器设计了一种透射式外差干涉椭偏测量系统.实验测量了单层透明氧化铟锡(ITO)膜,膜厚和折射率测量误差分别达8nm和7%.采用琼斯矢量法分析了金属反射镜引起的光束椭偏化对测量结果的影响.从光学系统中移出被测样品得到的标定数据,可以消除金属反射镜本身退偏效应的影响,但无法消除退偏效应和方位角误差共同作用所引入的椭偏参数测量误差.计算结果表明,退偏效应和方位角误差共同作用引入的膜厚测量误差可达4 nm左右,该误差与薄膜参数无关,与方位角误差近似成线性关系.     

纳米Mo膜的光学特性及最小连续膜厚研究

利用Lambda-900分光光度计，在波长为310～1250nm范围内测量了离子束溅射沉积不同厚度纳米Mo膜的反射率和透射率。选定波长为310nm，350nm，400nm，500nm，550nm，632nm，800nm，1200nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行了讨论。实验结果显示，纳米Mo膜的光学特性有明显的尺寸效应。提出将薄膜对光波长为550nm时的反射率和透射率随Mo膜厚度变化关系的交点对应的厚度作为特征厚度，该厚度可认为是纳米Mo膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚。利用原子力显微镜(AFM)观测膜厚在15．76nm时的表面形貌，此时表面形貌已呈现连续膜的特征。     

基于容抗法的瞬时液膜厚度测量系统设计

设计了一种采用容抗法测量气液两相流瞬时液膜厚度的测量系统,通过测量气液两相流瞬时液膜厚度,来反映气液两相流截面持液率大小。对容抗法测量瞬时液膜厚度的原理进行了详细分析,建立了探针电容传感器的数学模型,完成了检测电路设计。根据此数学模型,确立了瞬时液膜厚度与输出电压的线性关系。在虚拟电子工作平台上,对该测量系统做了仿真实验分析,仿真数据表明该测量系统是切实可行的。     

TDLAS系统动态光强跟踪检测电路研制

TDLAS系统利用气体对特定波长的激光吸收的原理进行气体检测,激光的光强稳定性对系统的检测精度和稳定度有着重要的影响。针对TDLAS系统激光器光强的变化,本文研制了动态光强跟踪检测电路。电路采用STM32H7B0作为主控制器,设计了低噪声的高速前置放大器,并使用压控放大器AD8367调整电路的增益。主控芯片实时检测光强变化情况,并控制放大器调整检测电路的增益,实现动态光强跟踪。经过测试,该检测电路可以根据激光器光强变化实时的调节增益,稳定的输出电压信号,消除了激光器光强的变化对TDLAS检测系统的影响。     

时间监控离子束溅射沉积倍频波长分离膜

采用双离子束溅射技术、时间控厚方式制备波长532 nm绿光激光器用倍频波长分离膜.针对制备过程中产生的半波孔现象,在简单分析形成原因的基础上,采用分组厚度优化方式调整膜层厚度,从而制备出无半波孔的高品质倍频波长分离膜.为时间监控制备非规整膜系的厚度修正提供了一种切实可行的办法.     

光学膜厚监控方法

光学膜厚监控方法是光学镀膜过程中用以控制光学薄膜光学厚度的主要方法,也是实现镀膜自动化的关键技术之一.了解光学膜厚监控方法的工作原理、特点及误差来源,有助于在实际应用中根据所镀产品的要求选择合适的光学监控方法及监控参数.文中针对最常用的两种光学膜厚监控方法一单波长法和宽光谱法,分别介绍其工作原理,给出了单波长下根据薄膜的透射率或反射率推算膜层厚度的计算方法以及宽光谱法所常用的3种评价函数,总结出影响单波长法测量的8种因素和宽光谱法的11种因素,并根据这些因素分析了这两种方法的特点和适用范围.     

多量子阱非对称法布里珀罗光调制器的模式波长调整

本文计算了不同折射率膜层下，非对称法布里珀罗腔模式波长随膜层厚度的变化．分析了在膜层折射率较低时，模式波长随层厚的增加反而减小的机理，并在实验中研究这种现象．利用湿法腐蚀的方法移动模式波长，补偿由生长误差引入的模式波长偏差，从而做到模式波长可控，获得高消光比的器件．同时利用湿法腐蚀方法将模式波长调整到不同位置，测量了不同模式波长位置时器件的调制特性     

格兰-傅科棱镜空气隙厚度的测量

为了测量格兰-傅科空气隙的厚度,分析了棱镜对单模高斯光束的影响,结果表明：透射光束随光束在棱镜端面上的入射角变化呈现周期性的振荡,且振荡特性与入射光的波长、光强分布特性、棱镜结构角及空气隙的厚度有关,对于给定波长的入射单模高斯光束,由于棱镜的结构角在棱镜胶合之前可以精确测得,所以通过分析这种振荡特性便可以得出棱镜空气隙的厚度,据此,设计实验,并测出了成品棱镜空气隙的厚度。     

声表面波器件电子束淀积Al膜研究

研究了声表面波器件研制过程中铝膜厚度准确控制技术及Al膜均匀性提高的技术。由理论分析推导出片架上的各点膜厚分布。根据片架各点的膜厚分布及蒸发空间场分布,设计所需的各项参数;计算出调整板的形状、调整板位置以及灯丝位置等参数对蒸发均匀性的影响。通过调整挡板位置和结构,调整灯丝位置及改进蒸发源参数,形成点蒸发源和微小面源模式,提高了Al膜厚度均匀性,工艺调整后的Al膜厚度偏差小于2%,提高了生产率。结果表明,批生产线的Al膜蒸发工艺成熟可靠。     

迈克尔逊干涉仪在相位相干成像测量系统中的应用

传统4f相位相干成像测量技术中,利用相位物体使测量材料产生的相位变化转换为可直接观察的振幅变化,实现材料光学非线性折射率的测量。然而相位物体的厚度是固定不变的,相位延迟会随激光波长的改变而改变,测量中需要更换合适的相位物体。理论分析了不同激光波长对相位物体相移大小的影响,详细讨论了不同形状光束下相位物体的半径和相移的大小对4f相位相干成像系统灵敏度的影响。利用了迈克尔逊干涉仪中两束光的相位延迟替代传统相位物体的功能,实现了一种相位可调的相位物体。因为迈克尔逊干涉仪两束光的相位延迟连续可调,使得在不同形状光束及不同波长激光下的测量灵敏度达到最优。该方法进一步完善了4f相位相干成像测量技术,不仅解决了传统相位物体的不足,而且提高了系统测量的精度。     

近红外激光吸收光谱测量火焰中CO2气体浓度

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被测气体特征吸收光谱范围内的吸收光谱,实现气体的定量分析.这种方法具有高灵敏、高选择性、快速响应、在线测量等诸多优点.介绍了利用TDLAS技术测量火焰中二氧化碳浓度的实验方法,并对消除燃烧中气体湍流造成光强波动的方法进行了研究,得到了较理想的结果.     

真空镀制干涉薄膜时监控片高度的计算

在用真空热蒸发介质镀制干涉薄膜时,膜层的厚度通常是用光电光度法进行控制的,其中用窄带干涉滤光片分出单色控制光束。这时,为了在镀件上得到光学厚度为λ/4的膜层(λ是监控滤光片的中心波长),镀件样品应放置在蒸发源上方一定的高度处。     

基于激光诱导荧光的环状流液膜流速测量与分析

在对传统方法测量和分析液膜特性的基础上,采用激光诱导荧光方法和互相关测量技术,对竖直管道中的液膜流速进行光学测量和分析。基于高速摄影获取气液环状流中液膜图像,采用数字图像处理技术对液膜流动图像进行处理,得到液膜厚度在空间上的分布函数变化曲线,对间隔固定帧频的液膜图像进行互相关处理,进而采用抛物线拟合,有效提高了互相关极值的测量精度。实验结果表明,本文方法非接触、适用面广,可以有效检测环状流中液膜"破断"现象,并准确测量液膜流速参数。     

单镜头激光三角法薄板厚度测量研究

为了精确测量薄板类材料的厚度,分析了双光路激光三角法测厚原理,建立了一种单镜头激光三角法厚度测量系统.该系统以半导体激光器为光源,配以单镜头成像系统、图像采集与数据处理系统.描述了系统的检测原理、检测方法和实验装置,讨论了激光器光束轴心线与成像透镜光轴夹角与系统分辨率的关系,并基于最小二乘法拟合得出了光斑距离与被测物厚度的函数关系式,最后通过标定实验对系统精度进行了实验论证.结果表明,该系统消除了双光路激光三角法上下测量系统难以同步的问题,分辨率高,精度控制在10m,良好地满足了工业测量的需求.     

光纤测厚中光谱"双峰"现象的分析

在用反射干涉频谱法(Rifs)测量薄膜厚度的过程中,薄膜的反射光谱经常见到"双峰"现象,即相邻的波峰(或波谷)连在一起,区别于通常按吸收曲线有规律分布的光谱.对该现象进行了深入研究,结果表明:该现象和被测试处薄膜厚度不均匀有关,当厚度差异较大时,入射光在薄膜的不同厚度点发生反射,各点的反射干涉光谱叠加就会产生"双峰"的结果.对基本厚度为2 000 nm的聚苯乙烯薄膜的仿真结果表明:膜厚差异超过1/10,开始出现双峰.研究还表明,"双峰"现象并不影响厚度计算的准确度.     

极化高聚物薄膜复电光系数的测量方法研究

本文基于Mach-Zehnder干涉仪,采用电场调制法测量极化高聚物薄膜复数电光系数和膜厚变化方法,用该方法同时测定了上有对称三明治结构,极化的掺染料红1号（DR1）有机玻璃（PMMA）膜在波长632．8nm处复数电光系数的实部和虚部,给出了考虑到膜厚变化（因调制电场力作用引起）时电光调制信号表达式,观察到其实,虚部对电光效应的不同贡献,结果表明,样品厚度对高聚物薄膜复数电光系数的测量在样品的固有共振频率处有较大影响,该共振频率大小与玻璃衬底厚度有关,并可用受迫振动模型来解释。     

基于可调谐半导体激光器的甲烷气体监测技术

介绍了一种利用分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)实现甲烷气体浓度监测系统。不同于直接测量气体吸收前后光源强度的变化值,TDLAS通过提取二次谐波幅值信息,在频域换算气体浓度,因此具有更高的稳定性和精确度。同时对不同输出特性的DFB半导体激光器进行对比研究,分析光源的波长调谐特性及功率-电流特性对实际应用的影响。     

面阵CCD激光束参量测量系统及其实验研究

采用面阵CCD探测器测量连续和脉冲激光器空间光束的技术，研制了一套高精度激光参量测量系统。测量了激光二极管连续抽运输出波长为1064nm的固体模式发生器产生的不同阶次厄米-高斯光束和脉宽10ns调Q灯抽运固体激光器的光束参量，分析对比了模式发生器输出光束的理论值和实验测量结果，证明了该系统测量精度优于5％，讨论了测量系统中各种因素对光束参量测量结果的影响。