膜厚的差分相位SPR检测方法研究

摘要

薄膜，尤其是金属薄膜，由于其卓越的电学、光学和力学等特性，在各个应用领域中的地位越来越重要。薄膜的性质不仅与材料属性有关，而且很大程度上取决于其厚度和表面结构，特别是具有微观效应的纳米级金属薄膜。因此，准确地测量薄膜的厚度对于深入研究薄膜材料的各种性质非常重要。
　　为了实现对纳米级金属薄膜厚度的高分辨力测量，论文在分析常用金属薄膜厚度检测方法特点的基础上，重点围绕表面等离子共振（SPR）效应检测金属薄膜厚度参数的方法展开研究工作，主要基于实验室的研究基础和前期成果，就差分式相位SPR测量方法开展研究，即激光以共振角入射至传感棱镜，激发SPR效应，并通过角度差分-相位测量的方法提高SPR相位测量的灵敏度和分辨力。传感棱镜为典型的Kretschmann结构，其上所镀薄膜厚度不同，激发SPR效应后携带的相位信息亦不同，激发SPR效应后的光束通过干涉结构，将相位信息反映至干涉条纹的偏移量中，对干涉条纹做相应演算，然后得到薄膜的厚度。
　　为了开展本研究，论文在分析测量金属薄膜厚度的差分式SPR相位检测方法的基础上，对可用于该方法的几种模式做了仿真计算；根据仿真结果和设计要求，确定了差分式SPR相位检测系统的方案；基于该设计方案进行了差分式SPR相位检测系统的光路搭建与调试；通过实验研究对所得相位干涉条纹进行图像处理，进而计算出相位变化量与入射角关系曲线的斜率，得到金属薄膜的厚度，并将其与系统改进前得到的结果进行了比较；最后对可能影响实验测量效果的误差因素进行了分析。
　　仿真结果和实验结果表明，论文提出的差分式SPR相位检测法测量纳米级金属薄膜厚度的方案是可行的。且与之前的设计方案对比结果表明，差分式测量方法能达到更高的测量精度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 纳米级金属薄膜厚度测量的国内外发展概况

1.3 课题拟采用方法

1.4 本章小结

第2章 差分式SPR相位检测法测金属薄膜厚度的原理

2.1 SPR效应

2.2 金属薄膜厚度参数的检测原理

2.3 差分式SPR相位法

2.4 本章小结

第3章 光学系统的具体设计与建立

3.1 光路元件选择

3.2 光学系统设计结果

3.3 光学系统结构调整及测试

3.4 本章小结

第4章 实验方法及结果分析

4.1 图像处理

4.2 实验结果处理

4.3 实验结果误差分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢