在經(jīng)典的薄膜系統(tǒng),不管采用幾種介質(zhì)材料,也不管有多少層,它們的厚度是規(guī)整的,就都是四分之一波長或其整數(shù)倍厚度。這很大程度上是由于傳統(tǒng)的解析設(shè)計(jì)方法都是以各層厚度為1/4波長或其整數(shù)倍為前提的,無疑這種厚度整齊的膜系對(duì)于制備和監(jiān)控是方便的,前面的方法已成功地用來監(jiān)控這些膜系。但是隨著光學(xué)薄膜的應(yīng)用日益廣泛,對(duì)薄膜的特性不斷提出新的要求,用經(jīng)典的膜系已不能滿足要求,而必須尋找任何厚度的新膜系。利用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù),為了增加設(shè)計(jì)參數(shù),通常把各層厚度作為校正參數(shù),因而設(shè)計(jì)得到的各類膜系,其厚度幾乎都是不規(guī)整的。
任意厚度的薄膜系統(tǒng)具有許多優(yōu)良的光學(xué)特性,但是給厚度監(jiān)控提出了很多困難,任意厚度的監(jiān)控方法主要有:石英晶體監(jiān)控法,單波長透射(反射光譜)法,寬光譜掃描法,橢圓偏振光譜法。其中石英晶體監(jiān)控法前面已經(jīng)介紹,這里就不再敘述。2100433B
測量薄膜電阻變化來控制金屬膜厚度是最簡單的一種膜厚監(jiān)控方法。以用惠斯頓電橋測量薄膜電阻率為例,用這種方法可以測量電阻從1歐姆到幾百兆歐姆的電阻,若加上直流放大器,電阻率的控制精度可達(dá)0.01%。
但是隨著薄膜厚度的增加,電阻減小要比預(yù)期的慢,導(dǎo)致的原因是膜層的邊界效應(yīng)、薄膜與塊材之間的結(jié)構(gòu)差異以及殘余氣體的影響。因此,用該方法對(duì)膜厚監(jiān)控的精度很難高于5%。就是這樣,電阻法在電學(xué)鍍膜中還是常被使用的。
在薄膜沉積過程中要監(jiān)控薄膜的厚度,首先要能夠測量薄膜的厚度。薄膜厚度在線測量的方法主要有:測量電阻法、質(zhì)量法、反射透射光譜法和橢圓偏振光譜法等等,它們通過測量這些物理參量來實(shí)現(xiàn)膜厚的監(jiān)控。
在以上的方法中,電阻法最容易實(shí)現(xiàn),而質(zhì)量法應(yīng)用最廣,光學(xué)監(jiān)控方法主要應(yīng)用于光學(xué)鍍膜領(lǐng)域。
激光垂準(zhǔn)儀是利用光學(xué)準(zhǔn)直原理,將與視準(zhǔn)軸重合的可見激光產(chǎn)生的鉛垂線來對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)從而進(jìn)行定位的儀器,常用作控制軸線向上投測的工具。在高層建筑、高塔、煙囪、電梯、大型機(jī)構(gòu)設(shè)備的施工安裝等場合有著廣泛的應(yīng)用...
光學(xué)經(jīng)緯儀就是一個(gè)望遠(yuǎn)鏡加上一個(gè)標(biāo)尺,相當(dāng)與人眼直接觀察(當(dāng)然是通過望遠(yuǎn)鏡),沒什么原理可言。 1、將經(jīng)緯儀調(diào)平; 2、通過望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)要觀測的物體1,讀出度盤刻度數(shù)值1; 3、旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡,對(duì)準(zhǔn)要觀測的...
光學(xué)厚度的由來:在制備薄膜的過程中,除了應(yīng)當(dāng)選擇合適的薄膜材料和沉積工藝外,還要精確控制薄膜沉積過程中的厚度。
厚度的概念有三種:幾何厚度、光學(xué)厚度和質(zhì)量厚度。幾何厚度表示的是薄膜膜層的物理厚度或者實(shí)際厚度;幾何厚度與薄膜膜層折射率的乘積稱為光學(xué)厚度;質(zhì)量厚度的定義是單位面積上的質(zhì)量,若已知薄膜膜層的密度,則可以換算成相應(yīng)的幾何厚度。
一般情況下,薄膜厚度的誤差控制在2%以內(nèi),有時(shí)可能達(dá)5~10%。薄膜厚度的監(jiān)控必須在允許的誤差范圍之內(nèi)。
薄膜的光學(xué)厚度與物理厚度換算關(guān)系為:光學(xué)厚度=物理厚度*nn為介質(zhì)折射率(光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2發(fā)生折射時(shí),入射角與折射角的正弦之比叫做介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的折射率)。
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為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)零件厚度的非接觸測量,設(shè)計(jì)了一種基于電光掃描的非接觸測量方法。采用電掃描技術(shù)控制光開關(guān),形成半徑依次減小的環(huán)狀光束,經(jīng)過錐透鏡后在光軸上形成連續(xù)移動(dòng)的光點(diǎn),當(dāng)光點(diǎn)瞄準(zhǔn)待測光學(xué)零件表面時(shí),反射能量出現(xiàn)峰值,即定位了待測零件的表面,進(jìn)而獲得光學(xué)零件的幾何厚度。建立了測量平板零件厚度和透鏡中心厚度的數(shù)學(xué)模型;從理論上探討了該方法的測量范圍和測量精度。結(jié)果表明:設(shè)定錐面鏡口徑為100mm,材料折射率為1.52,當(dāng)錐面鏡的錐角從1°變化到40°時(shí),測量動(dòng)態(tài)范圍可以從5507mm變化到26mm;當(dāng)測量范圍為26mm時(shí),測量精度可以達(dá)到2.5μm。該方法可基本滿足目前光學(xué)零件中心厚度的測量需求。
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介紹了光學(xué)厚度傳感器的工作原理及特點(diǎn),并與傳統(tǒng)的磁性厚度傳感器進(jìn)行了比較。
氣溶膠光學(xué)厚度,英文名稱為AOD(Aerosol Optical Depth)或AOT(Aerosol Optical Thickness),定義為介質(zhì)的消光系數(shù)在垂直方向上的積分,是描述氣溶膠對(duì)光的衰減作用的。
氣溶膠光學(xué)厚度隨波長變化函數(shù):在氣溶膠粒子的譜分布滿足Junge 分布的
情況下,Angstrom 指出氣溶膠的光學(xué)厚度跟波長之間的關(guān)系可以用下面的公式
表示(周秀驥 等.,1991):
其中, 被稱做Angstrom 指數(shù),反映粒子大小,值越大氣溶膠粒子越小; 為大氣渾濁度系數(shù),與氣溶膠粒子總數(shù),粒子譜分布和折射指數(shù)有關(guān)。
Brogniez 和Lenoble(1988)發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)分布?xì)馊苣z光學(xué)厚度隨波長變化遵循下面規(guī)律:
其中, 取1020nm, 、 為擬合系數(shù)。
光學(xué)鍍膜鍍膜的厚度
我們已經(jīng)知道透光度與鍍膜的折射率有關(guān),但是卻無關(guān)于它的厚度??墒俏覀?nèi)裟茉阱兡さ暮穸壬舷曼c(diǎn)功夫,會(huì)發(fā)現(xiàn)反射光A與反射光B相差 nc×2D 的光程差。如果
nc×2D=(N 1/2)λ 其中 N= 0,1,2,3,4,5..... λ為光在空氣中的波長
則會(huì)造成該特定波長的反射光有相消的效應(yīng),因此反射光的顏色會(huì)改變。
例如,鍍膜的厚度若造成綠色光的相消,則反射光會(huì)呈現(xiàn)紅色的。市面上許多看似紅色鏡片的望遠(yuǎn)鏡都是用這個(gè)原理制作的。盡管如此,透射光卻沒有偏紅的現(xiàn)象。
在許多復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)里,反射光的抑制是十分重要的功課。因此一組鏡片之間,會(huì)利用不同的鍍膜厚度來消去不同頻率的反射光。所以越高級(jí)的光學(xué)系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)反射光的顏色也會(huì)越多。
厚度控制系統(tǒng)為提高厚度的控制精度,可采取提前檢測來料情況和調(diào)整輥縫。例如,在前一架軋機(jī)出口處就對(duì)將送入本架軋機(jī)的帶鋼的厚度偏差提前進(jìn)行檢測。并據(jù)此在經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲后,在帶鋼進(jìn)入本架軋機(jī)以前調(diào)整輥縫值來消除前一架軌機(jī)所造成的厚度偏差。這種控制方式稱為厚度的前饋控制。圖2為厚度前饋控制系統(tǒng)的組成。前饋偏差信號(hào)Δ和軋輥位移的校正值Δ以頭部鎖定值為基準(zhǔn)計(jì)算而得。當(dāng)計(jì)算軋機(jī)有控制信號(hào)時(shí),還需要考慮軋輥的實(shí)際位置與頭部鎖定位置之差。軋輥的位置信號(hào)Δ引入前饋控制器中。前饋控制器實(shí)際上是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。在軋制過程中,生產(chǎn)過程的許多參數(shù)實(shí)際上是變化的,只靠前饋控制并不能消除由于參數(shù)變化造成的厚度偏差。通常采用前饋與反饋的復(fù)合控制來提高精度。