角分辨空间激光散射测量技术研究

摘要

离子束刻蚀后的光学元件表面的空间散射光的测量对获得光学元件表面微观几何形状、评价光学元件的光学特性以及改进离子刻蚀工艺等方面都具有重要意义。因此，本文研究了用于测量离子刻蚀后的光学元件表面空间散射光的测量系统。
　　本文在深入研究空间散射光测量技术后，提出了以双向反射分布函数为理论依据，以光束整形技术、机械结构设计和相关检测技术为核心的测量系统设计方案，实现了在强噪声背景下对微弱空间散射光信号的测量。测量系统的硬件部分主要由光路结构、机械结构和信号采集控制三个模块组成。其中光路结构实现了光束调制、扩束准直、空间滤波、光束聚焦、光束角度改变以及杂散光消除等;机械结构实现了方位角00～3600、天顶角00～900的半球空间散射光测量;而信号采集控制模块采用相关检测技术实现了在强噪声背景下对空间微弱散射光信号的高精度测量。测量系统的软件部分则是基于虚拟仪器软件LabVIEW开发的，共分为四大模块:用户登录模块、基准光测试模块、散射光测试模块和存储模块。
　　通过上述软硬件系统集成，研制出空间散射激光测量系统，搭建实验平台对样品进行了测量，通过实验研究了光路结构对散射率测量的影响，并对测量系统的误差进行了分析。本测试系统实现了高信噪比、高精度和快速响应的离子刻蚀样品的空间散射激光测量，实验表明，激光光源功率为1mW时，测量系统的散射率测量精度达到10-5ppm(对应10-11)。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 本文主要研究目的

1．3．2 本文主要研究内容

1．3．3 研究工作重点

1．3．4 章节安排

2 系统设计理论研究

2．1 双向反射分布函数的定义

2．2 角分辨散射

2．3 双向反射分布函数的测量方法

2．3．1 绝对测量方法

2．3．2 相对测量方法

2．4 微弱光信号检测理论

2．4．1 相关检测技术

2．4．2 取样积分器

2．4．3 离散信号的统计检测法

2．5 激光光束整形理论

2．5．1 光束整形

2．5．2 高斯光束

2．5．3 高斯光束的q参数

2．5．4 矩阵光学和ABCD定律

2．5．5 空间滤波与扩束准直

2．7 总结

3 系统总体方案设计

3．1 总体方案设计

3．2 测试系统的光路设计

3．2．1 激光器

3．2．2 光源调制

3．2．3 核心光路设计

3．3 测试系统信号采集与控制系统

3．3．1 探测器

3．3．2 锁相放大器及数据采集

3．4 小结

4 系统机械结构设计

4．1 基本理论

4．2 各机械结构方案论证

4．2．1 方案一

4．2．2 方案二

4．2．3 方案三

4．2．4 方案四

4．2．5 方案五

4．3 测量系统机械结构设计

4．3．1 圆导轨

4．3．2 结构运动原理

4．4 实际测量装置

4．4．1 设计原理

4．4．2 机械结构零件设计

4．4．3 简化的测量系统结构

4．5 总结

5 测量数据及误差分析

5．1 测量界面的设计

5．1．1 测试系统软件平台

5．1．2 测试系统软件设计

5．2 散射率的计算

5．3 搭建实验平台

5．4 测试结果的影响因素分析

5．5 误差分析

5．5．1 测量环境误差

5．5．2 光路误差

5．5．3 光电倍增管噪声误差

5．5．4 实验条件不同的误差

5．6 总结

6 结论

6．1 结论

6．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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