【技术实现步骤摘要】
一种气体结晶薄膜生长高度实时测量装置及方法
[0001]本专利技术属于光学精密检测
,尤其是涉及一种气体结晶薄膜生长高度实时测量装置及方法。
技术介绍
[0002]自1936年在观察宇宙射线过程中发现缪子以来,缪子科学取得了长足的发展。近年来,利用能量在零到几十keV之间的低能缪子(LE
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)开辟了缪子基础与应用学科研究的新领域。例如,通过使用LE
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作为显微探针,可以研究薄膜、多层结构或者表面中的局部磁场,并且通过改变其能量,可以实现不同深度的探测。
[0003]在产生LE
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的各种方法中,最有效简单且有效的方法是对高能缪子束进行慢化。当中子源产生的高能缪子束经过有冷基底箔跟冷凝范德华气体(稀有气体或氮气)薄膜组成的慢化层后,将有10
‑5‑
10
‑4的入射粒子能量降低为10eV,可作为LE
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的来源。为了提高慢化的效率,对冷凝气体层的厚度分布精准控制尤为重要,因此需要高精度冷凝薄膜测量技术,实时测量气体结晶厚度分布。
[0004]待测稀有气体形成的结晶薄膜尺寸约1mm甚至更小,对其高度进行非接触和高精度测量的常见手段为移相干涉显微镜,在进行干涉检测过程中,系统获得的原始数据是各生长时间对应的干涉图,要实现实时高度监控,必须要选用高效的干涉图处理算法。通常,对于单一时刻获取的干涉图相位连续化处理算法复杂 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气体结晶薄膜生长高度实时测量装置,其特征在于,包括干涉测量系统和控制处理模块;所述的干涉测量系统安装在铝合金底板(13)上,包括光纤激光器(1)、单模保偏光纤(2)、双胶合透镜(3)、起偏器(4)、偏振分光棱镜(5)、四分之一波片(6)、平面反射镜(8)、压电陶瓷(9)、检偏器(10)、显微物镜(7)、成像镜(11)、相机(12);光纤激光器(1)产生的激光经过单模保偏光纤(2)出射,发散高斯光束经双胶合透镜(3)后变为汇聚光波,经过起偏器(4)传输至偏振分光棱镜(5),通过偏振分光棱镜(5)分成参考路和检测路两路光线;其中,参考路的垂直偏振光反射经过四分之一波片(6),再由显微物镜(7)准直为平行光,之后经过平面反射镜(8)反射后,沿原路返回,再次经过四分之一波片(6)至偏振分光棱镜(5),此时已转变为水平偏振光,将直接透射经过偏振分光棱镜(5),作为参考光;另一路水平偏振光透射经过偏振分光棱镜(5)与四分之一波片(6),再经过同型号显微物镜(7)准直为平行光,之后经过照射到待测的薄膜(14)表面,透射经过薄膜(14)在基底(15)表面反射,沿原路返回,再次经过四分之一波片(6)至偏振分光棱镜(5),此时已转变为垂直偏振光,被偏振分光棱镜(5)反射,作为检测光;两束光波两次通过四分之一波片(6)后偏振态转换,再依次通过偏振分光棱镜(5)和检偏器(10)后发生干涉,最后由成像镜(11)成像于相机(12)处;所述的平面反射镜(8)设置在压电陶瓷(9)上;所述的控制处理模块包括移相控制模块、图像采集模块、干涉图数据分析处理模块;移相控制模块与压电陶瓷(9)相连,通过控制加载电压实现固定步长的微小位移,从而引入移相量;图像采集模块与相机(12)相连,每次移相之后采集一张待测薄膜生长干涉图,在获取一组移相干涉图后,将数据传输至干涉图数据分析处理模块进行分析。2.根据权利要求1所述的气体结晶薄膜生长高度实时测量装置,其特征在于,所述的光纤激光器采用633nm短相干光。3.一种气体结晶薄膜生长高度实时测量方法,其特征在于,使用权利要求1或2所述的气体结晶薄膜生长高度实时测量装置,包括以下步骤:步骤1,在开始生长高度监控之前,选择薄膜初始位置背景上一点作为参考点,用于区域分割的基准,设定好监控时间间隔后,开始进行测量;步骤2,在监控时间节点,使用四步移相干涉测量方法,在较短的时间间隔内获得等间隔相位差的四个薄膜表面干涉图;步骤3,通过实时处理,结合基底背景光强信息,实时精确地计算出该时刻监控点的相位ΔΦ(t)及监控点绝对高度H(x,y)。4.根据权利要求3所述的气体结晶薄膜生长高度实时测量方法,其特征在于,步骤1中,监控时间间隔设置在1
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10s之间。5.根据权利要求3所述的气体结晶薄膜生长高度实时测量方法,其特征在于,步骤2中,使用四步移相干涉测量方法时,四步移相时间间隔控制在50ms以内。6.根据权利要求3所述的气体结晶薄膜生长高度实时测量方法,其特征在于,步骤2中,等间隔相位差的四个薄膜表面干涉图为:相位差为0,π/2,π,3π/2的薄膜表面干涉图。7.根据权利要求3所述的气体结晶薄膜生长高度实时测量方法,其特征在于,步骤3的具体过程如下:
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1)解调相位计算高度分布:采用透射式测量,根据两路光程差关系计算得到薄膜表面高度分布h(x,y)与...
【专利技术属性】
技术研发人员:彭韶婧,徐兆锐,臧仲明,刘东,
申请(专利权)人:浙江大学嘉兴研究院,
类型:发明
国别省市:
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