超薄透明介质膜厚度测量方法技术

本发明专利技术涉及一种超薄透明介质膜厚度测量方法，属长度计量技术领域。本测量方法采用的光路由光源、反射棱镜、显微镜和光探测器组成，反射棱镜置于被测透明介质薄膜上。光源发出的入射光进入反射镜和透明介质膜后，返回反射棱镜，经反射棱镜反射后的光线进入显微镜，随后进入光探测器。光探测器获得的各点反射光强度与该点的介质膜厚有一定函数关系，因而可根据各点反射光强度计算出该点透明介质膜的厚度。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属长度计量
在已有技术中，利用光全反射法测量接触面积。由于其测量结果直观可靠、精度，已成为测量接触面积的常用手段，光全反射法的原理可以用Archard的实验装置加以说明。如图1所示，被测表面1在载荷的作用下压在平截棱镜2的上平面，入射光3的光源为水银灯，入射光进入棱镜后的棱镜底部平面上发生全反射光4。在棱镜上表面，如果与被测表面发生接触，则部分光线进入被测表面;如果与被测表面没有接触，则光被全部反射。根据几何光学原理，当光从光密介质(棱镜)传播到光疏介质(空气或油)时，如果入射角超过某一临界角，则入射光全部反射回第一介质，这种现象称为全反射。当有物体(图1中的被测表面)与棱镜表面发生接触时，光全反射条件遭到破坏，反射光强度的分布反映了接触区域，即在观察反射光时，暗区代表了接触区，亮区代表非接触区。通测量暗区的面积，就能知道接触面积。这就是光全反射法测量接触面积的原理。IKe用图2的装置测量滑动与不滑动及加载与不加载时的真实接触面积。图中5是显微镜，6是照相机，7是光源。还有一种装置是棱镜的接触平面倾斜放置以使得用于观察的显微镜能够按正常位置放置，图3所示的是这种装置的示意图。已有技术的缺点是无法测量表面之间的距离或透明介质膜的厚度。本专利技术的目的是利用光全反射的原理，设计一种测量超薄透明介质膜厚度的方法。从波动光学的角度上看，在全反射条件下光波不是绝对地在界面上被全部反射回第一介质(光密介质)，而是透入第二介质(光疏介质)很小的深度后返回第一介质，所以当图1中物体表面与棱镜之间即使没有发生接触但距离非常小时，物体表面将吸收一部分光波的能量，使反射光变弱。利用这一特性，就可以测定超薄透明介质膜的厚度。本专利技术的内容是，采用的光路由光源、反射棱镜、显微镜和光探测器组成，反射棱镜置于被测透明介质薄膜上。光源发出的入射光进入反射棱镜和透明介质膜后，返回反射棱镜，经反射棱镜反射后的光线进入显微镜，随后进入光探测器。由于各点反射光强度与该点的介质膜厚有一定函数关系，因此只要将从光探测器中得到的各点反射光强度进行计算，即可得到各点透明介质膜的厚度。 附图说明图1～图3是已有技术测量原理示意图。图4是测量计算公式符号图示。图5是本专利技术原理示意图。下面结合附图，详细介绍本专利技术的计算公式和测量过程。图4中，8是第一介质，9是第二介质，10是第三介质。透明介质膜厚度与反射光强度的函数关系如下式所示R=1-sin2θi-(ε3/ε1)cosθi｜T12T23e-αh1-R21R23e-2αh｜2]]>(5)其中R反射率，即反射光强与入射光强度之比h透明介质膜厚度ε1，ε3第一，三介质的介电常数θ1光波入射角T12光波从第一介质到第二介质的透射系数T23光波从第二介质到第三介质的透射系数R21光波从第二介质到第一介质的反射系数R23光波从第二介质到第三介质的反射系数 α2介λ0n21sin2θi-n22]]>λ0光波在真空中的波长n1，n2第一、二介质的折射率对于一个具体的测量装置，除R和h之外，上述参数均可通过查表或实测得到，因此，根据公式(1)，只要测出某一位置的反射率，即能推算出相应点的膜厚。为了说明本测量方法的内容，下面结合一个具体实施例子加以介绍。如图5所示，图中11是金属固体，12是油膜，13是显微镜，14是光探测器，15是光源，透明固体为棱镜(第一介质)，透明介质膜12为油(第二介质)，第三介质为金属固体。光线由光源16发出后进入棱镜15，在油与棱镜之间的界面发生全反射。光波在有全反射条件下仍能透入油层中一个很小的深度，当金属表面与棱镜表面的距离很小，即油膜厚度很小时，金属表面将吸收一部分透入油层的光波能量，使反射光减弱，油膜厚度越小，则反射光越弱，它们之间的定量关系由公式(1)确定。应用光探测器14采集测量场中各点的反射光强，并输入计算机，根据公式(1)进行计算处理即得到油膜厚度的分布。权利要求1.一种，其特征在于测量方法采用的光路由光源、反射棱镜、显微镜和光探测器组成，所述的反射棱镜置于被测透明介质薄膜上；所述的光源发出的入射光进入反射棱镜和透明介质膜后，返回反射棱镜，经反射棱镜反射后的光线进入显微镜，随后进入所述的光探测器。全文摘要本专利技术涉及一种，属长度计量
本测量方法采用的光路由光源、反射棱镜、显微镜和光探测器组成，反射棱镜置于被测透明介质薄膜上。光源发出的入射光进入反射镜和透明介质膜后，返回反射棱镜，经反射棱镜反射后的光线进入显微镜，随后进入光探测器。光探测器获得的各点反射光强度与该点的介质膜厚有一定函数关系，因而可根据各点反射光强度计算出该点透明介质膜的厚度。文档编号G01B11/06GK1071004SQ9211113公开日1993年4月14日 申请日期1992年9月29日 优先权日1992年9月29日专利技术者冼亮 申请人:清华大学 本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种超薄透明介质膜厚度测量方法，属长度计量技术领域。本测量方法采用的光路由光源、反射棱镜、显微镜和光探测器组成，反射棱镜置于被测透明介质薄膜上。光源发出的入射光进入反射镜和透明介质膜后，返回反射棱镜，经反射棱镜反射后的光线进入显微镜，随后进入光探测器。光探测器获得的各点反射光强度与该点的介质膜厚有一定函数关系，因而可根据各点反射光强度计算出该点透明介质膜的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冼亮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]