光谱型白光干涉在测距和光学薄膜相位测试中的应用研究

摘要

近年来，随着飞秒技术与高速光纤通信的发展，薄膜的相位特性越来越受到重视，光学位相薄膜的研制成为目前薄膜领域研究的热点。因此，对实际制备出来的光学薄膜的位相特性进行检测，验证其是否符合设计要求的检测技术也就变得愈来愈重要。在薄膜检测领域，传统的对薄膜光学特性或非光学特性的检测技术无法实现目前针对薄膜位相特性检测的要求。本文提出了薄膜位相特性检测的新技术，即利用光谱型白光干涉技术，一次性得到整个波段内薄膜的反射位相。本论文的研究工作主要涉及以下两个方面： 1.光谱型白光干涉系统在光学元件色散以及测距中的研究。针对白光干涉仪光学系统中最关键的光学元件--分光棱镜，无法避免的存在着厚度不均匀的问题，导致棱镜内两臂光程差不一致，造成对白光干涉系统性能的影响，本文对分光棱镜的色散情况进行了分析，进而提出在测量棱镜等效厚度的同时，测得两反射镜的绝对距离的方法。并从实际搭建的光谱型白光麦克尔逊干涉仪的测试结果，证实了本文测试方法的准确性和可靠性。 2.光谱型白光干涉系统在薄膜位相检测中的研究。本文从理论上分析了光学薄膜的位相特性，并对白光干涉系统在薄膜位相测试中的可行性进行了理论分析，给出了一系列相关算法。同时，利用这套系统实际测试了大量的薄膜样品。检测结果表明，对于各种厚度的薄膜，在现有的系统测试精度下，可以获得较精确的检测结果。 论文的最后还对本套测试系统的改进指出了明确方向，提出了利用步进电机驱动微位移机构，由软件自动判断干涉条纹位置的设计，以便实现全自动检测。 本文的研究工作为薄膜位相特性的检测提出了一条新的路径，也为薄膜位相特性实时在线测量系统的产业化、实用化做了初步的工作。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

§1.1薄膜技术的应用和发展

§1.1.1色散增强型光学薄膜

§1.1.2色散补偿型薄膜

§1.2薄膜检测技术

§1.3薄膜位相特性检测技术

§1.3.1干涉技术

§1.3.2两种薄膜位相特性检测方案

§1.4本文的主要内容和创新点

参考文献

第2章白光干涉方法原理

§2.1白光干涉的部分相干光理论

§2.1.1光波的复数表示

§2.1.2光强与功率谱密度

§2.1.3光的干涉与相干度

§2.1.4相干长度和可见度

§2.2白光干涉的分析方法

§2.2.1麦克尔逊干涉仪

§2.2.2时间域白光干涉分析法

§2.2.3频率域白光干涉分析法

参考文献

第3章元件色散及绝对距离的白光干涉测试系统

§3.1引言

§3.2系统方案

§3.3实验原理及数据处理

§3.4实验结果与讨论

§3.5本章小结

参考文献

第4章薄膜位相的白光干涉测试系统

§4.1引言

§4.2薄膜的非线性位相

§4.3薄膜反射位相检测

§4.3.1系统方案

§4.3.2薄膜位相测量算法

§4.4本章小结

参考文献

第5章总结与展望

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢