[发明专利]基于光纤衰荡腔测量纳米级薄膜厚度的方法

摘要

本发明公开了一种基于光纤衰荡腔测量纳米级薄膜厚度的方法，随着薄膜厚度变化，通过lens反射回光纤衰荡腔内的损耗随之变化，导致脉冲信号的衰减时间发生改变，根据多组已知厚度的标准薄膜样品通过检测得到对应标准薄膜样品的衰荡时间，建立薄膜厚度与衰荡时间的线性关系曲线或线性关系方程式，然后根据测得的待测薄膜样品的衰荡时间并结合薄膜厚度与衰荡时间的线性关系曲线或线性关系方程式得到待测薄膜样品的厚度。本发明的测量系统结构紧凑，测量过程简单，方便快捷，并且测量灵敏度较高；采用低增益和低噪音掺铒光纤来减少波形失真并补偿腔内噪音衰减；利用掺铒光纤放大器来补偿腔内损耗增加脉冲峰数以提高纳米级薄膜厚度的测量精度。

主权项

1.基于光纤衰荡腔测量纳米级薄膜厚度的方法，其特征在于：由依次通过光纤相连的第一光纤耦合器、3.6km单模光纤、掺铒光纤放大器、第二隔离器、环形器和第二光纤耦合器构成光纤衰荡腔，第一光纤耦合器依次通过光纤与第一隔离器和激光源连接，该激光源依次通过线路与半导体激光调制器和数字信号发生器相连，第二光纤耦合器通过光纤与光电探测器相连，该光电探测器通过线路与示波器相连，环形器的旁路端口连接有带光纤的lens，标准薄膜样品或待测薄膜样品放置于lens之前，当数字信号发生器产生一系列脉冲波接入半导体激光调制器，半导体激光调制器控制激光源的输出功率和波长，经调制后的光脉冲串经由第一隔离器和第一光纤耦合器的10%端口耦合到光纤环路中，依次经过3.6km单模光纤、掺铒光纤放大器、第二隔离器、环形器，通过环形器端口①输入的光信号从环形器端口②射出，经反射后的光信号从环形器端口②返回并从环形器端口③射出，光纤衰荡腔中90%的输出光经第二光纤耦合器接入第一光纤耦合器，光纤衰荡腔中10%的输出光经第二光纤耦合器由光纤环路接入光电探测器，衰减脉冲的输出周期性序列被光电探测器转换成电信号，最终显示在数字示波器上，随着薄膜厚度变化，通过lens反射回光纤衰荡腔内的损耗随之变化，导致脉冲信号的衰减时间发生改变，根据多组已知厚度的标准薄膜样品通过检测得到对应标准薄膜样品的衰荡时间，建立薄膜厚度与衰荡时间的线性关系曲线或线性关系方程式，然后根据测得的待测薄膜样品的衰荡时间并结合薄膜厚度与衰荡时间的线性关系曲线或线性关系方程式得到待测薄膜样品的厚度。