[发明专利]一种具有亚纳米分辨率的薄膜厚度分布测量方法

摘要

本发明涉及一种具有亚纳米分辨率的薄膜厚度分布测量方法。利用发生表面等离子体共振的四层Kretschmann结构中，反射光强度反射率、反射相移随样品厚度的极其灵敏变化特性，采用数字全息术进行表面等离子体共振强度和相位成像，通过同时利用强度和相位图像的测量数据，将反射光的强度反射率、反射相移变为样品厚度的单调函数，无需对样品厚度进行预估便可实现亚纳米分辨率的厚度分布解调。

主权项

1.一种具有亚纳米分辨率的薄膜厚度分布测量方法，其特征在于步骤如下：步骤1：当四层Kretschmann结构的第四层电介质为空气并发生表面等离子体共振时，反射光束作为物光波与参考光波发生离轴干涉，由图像采集器件记录得到数字全息图H₁；所述的四层Kretschmann结构包括：盖玻片、金层、薄膜样品层和电介质层，步骤2：将上述Kretschmann结构的第四层电介质由空气变为水，立即由图像采集器件记录得到参考数字全息图H₀；步骤3：借助空间频谱提取技术，根据标量衍射理论，数值模拟光波经全息图H₀和H₁的衍射传播过程，分别对相应物光波进行数值重建，得到第四层电介质为空气时的归一化表面等离子体共振强度图像I(x,y)，以及第四层电介质分别为空气和水时的表面等离子体共振相位差分布Δφ(x,y)，其中，I(x,y)与反射光波的归一化强度反射率R(x,y)相等，Δφ(x,y)与反射光波的反射相移差相等；所述的归一化强度反射率R(x,y)、反射相移差随样品厚度的变化关系根据菲涅尔公式计算得到，步骤4：利用反射相移差作为定义域，将归一化强度反射率作为样品厚度的分段函数；或者利用归一化强度反射率作为定义域，将反射相移差作为样品厚度的分段函数，可解调出薄膜样品的厚度分布d(x,y)；所述的分段函数通过对步骤3中归一化强度反射率R(x,y)、反射相移差随样品厚度变化的理论曲线进行多项式拟合得到。