Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical, Electronic and Communications Engineering, Public University of Navarre, Pamplona 31006, Spain
2 Institute of Smart Cities, Public University of Navarre, Pamplona 31006, Spain
3 Department of Electronics, Carleton University, Ottawa (Ontario) K1S 5B6, Canada
Multiple mode resonance shifts in tilted fiber Bragg gratings (TFBGs) are used to simultaneously measure the thickness and the refractive index of TiO2 thin films formed by Atomic Layer Deposition (ALD) on optical fibers. This is achieved by comparing the experimental wavelength shifts of 8 TFBG resonances during the deposition process with simulated shifts from a range of thicknesses (T) and values of the real part of the refractive index (n). The minimization of an error function computed for each (n, T) pair then provides a solution for the thickness and refractive index of the deposited film and, a posteriori, to verify the deposition rate throughout the process from the time evolution of the wavelength shift data. Validations of the results were carried out with a conventional ellipsometer on flat witness samples deposited simultaneously with the fiber and with scanning electron measurements on cut pieces of the fiber itself. The final values obtained by the TFBG (n = 2.25, final thickness of 185 nm) were both within 4% of the validation measurements. This approach provides a method to measure the formation of nanoscale dielectric coatings on fibers in situ for applications that require precise thicknesses and refractive indices, such as the optical fiber sensor field. Furthermore, the TFBG can also be used as a process monitor for deposition on other substrates for deposition methods that produce uniform coatings on dissimilar shaped substrates, such as ALD.
tilted fiber Bragg grating (TFBG) mode transition ellipsometer 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(10): 230048
刘政杰 1,3,4薛鹏 2,3,4,*陈媛媛 1,3,4刘燕霖 1,3,4[ ... ]张瑞 1,3,4
作者单位
摘要
1 中北大学 信息与通信工程学院,山西 太原 030051
2 中北大学 电气与控制工程学院,山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院,山西 太原 030051
4 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,山西 太原 030051
针对目前常见广义椭偏仪变角结构多采用双电机驱动,且存在结构复杂、变角后光路存在偏离等问题,论文提出一种单电机驱动广义椭偏仪新的变角结构。该结构采用固定起偏臂,利用同步齿轮传动单电机驱动方式使载物台和检偏臂同步旋转,实现椭偏仪多角度测量。在传统卧式结构广义椭偏仪变角结构基础上,设置样品载物台和检偏臂1∶2同步传动,并通过Inventor运动仿真验证了本结构的可行性。论文提出的单电机驱动变角结构变角后不仅维持了变角前后的准直,而且其整体结构简单,极大地优化了椭偏仪变角的复杂度,在广义椭偏仪工程化进程中有比较重要的应用价值。
单电机驱动 广义椭偏仪 变角结构 同步齿轮 穆勒矩阵 single motor driving generalized ellipsometer variable angle mechanism synchronous gear Mueller matrix 
应用光学
2023, 44(3): 507
作者单位
摘要
复旦大学 信息科学与工程学院光科学与工程系, 上海 200433
椭圆偏振光谱测量技术通过测量线偏振光经材料表面反射后光的相对振幅与相位改变量计算得到椭偏参数, 再通过椭偏参数的拟合获取样品光学性质。由于其具有非接触、高灵敏度、非破坏性等优势, 广泛应用于物理、化学、材料科学和微电子等方面, 是一种不可或缺的光学测量手段。本文首先简要回顾了该技术的发展历程, 接着阐述了传统椭偏仪的基本原理, 按照测量原理的不同可将椭偏仪分为消光式和光度式。随后, 本文简单介绍了一些常用椭偏仪的基本架构、测量原理和相关应用, 并比较了他们的优缺点, 重点展示了复旦大学研制的双重傅立叶变换红外椭偏光谱系统。然后按照椭偏参数处理的基本步骤: 测量、建模与拟合3个方面, 阐述了其过程, 详细剖析了参数拟合所使用的各种光学色散模型, 同时通过应用实例介绍了各色散模型的应用情况。最后, 对未来椭偏技术的发展方向进行了展望。
椭偏技术 椭偏仪 椭偏参数拟合 光学色散模型 材料光学特性 spectroscopic ellipsometry ellipsometer ellipsometric parameters fitting optical dispersion models material optical properties 
中国光学
2019, 12(6): 1195
李阳 1,2刘永兴 1,2戴世勋 1,2徐铁峰 1,2,*[ ... ]陈飞飞 1,2
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 310027
采用自制的As2Se3玻璃棒,制备了具有不同厚度、背面粗糙度和表面光洁度的样品,借助红外光谱椭偏仪测试了样品折射率,通过光学模型拟合得到了其折射率参数。对比分析了厚度、背面粗糙度和表面光洁度对样品折射率的影响。结果表明:样品厚度、背面粗糙度和表面光洁度都会明显影响椭偏仪的测量精度,其中表面光洁度是关键因素。样品厚度应控制在1~3 mm,同时增大样品背面粗糙度和样品表面光洁度,可显著提高椭偏仪的测试精度。
测量 折射率 准确性 红外椭偏仪 As2Se3硫系玻璃 
光学学报
2018, 38(6): 0612002
作者单位
摘要
1 Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
2 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 200031, China
silver films transfer matrix theory absorption ellipsometer 
Frontiers of Optoelectronics
2016, 9(4): 549–554
李克武 1,2,3,*王黎明 1王志斌 1,2,3张瑞 1,2,3[ ... ]陈友华 1,2,3
作者单位
摘要
1 中北大学 信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
2 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
3 中北大学 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
利用弹光调制器的偏振调制优势, 提出了将弹光调制器和电光调制器级联的组合相位调制型椭偏测量术。该技术采用单光路实现信号探测, 通过切换电光调制器的两个工作状态, 并结合数字锁相信号处理技术来完成样品反射光的p分量和s分量的幅值比Ψ和相位差Δ的全范围高精度测量。对提出的新型椭偏测量原理进行了分析, 搭建了相应的实验系统。完成了弹光调制器的调制电压峰峰值和相位调制幅值关系的定标, 定标结果优于99.05%, 然后还采用系统初始偏移值的方法对实验系统进行了校准。最后, 运用该系统对石英玻璃反射样品进行了实验分析, 得到的Ψ和Δ的测量精度分别优于0.08°和0.81°。实验结果显示系统校准有效地消除了电光调制器和弹光调制器的剩余双折射引入的测量误差; 数据采集和处理时间均在ms量级。提出的测量技术具有宽光谱测量、工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统便于工业自动化集成的潜在优势。
椭偏仪 相位调制型椭偏测量术 弹光调制 电光调制 ellipsometer phase-modulated ellipsometry photo-elastic modulation electro-optic modulation 
光学 精密工程
2016, 24(4): 690
姜春光 1,2,*谌雅琴 2刘涛 2熊伟 2[ ... ]纪峰 1
作者单位
摘要
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院,合肥 230009
2 中国科学院微电子研究所 微电子器件与集成技术重点实验室,北京 100029
本论文采用全反射式光学聚焦结构,通过独特的偏振控制技术,实现宽光谱、无色差成像椭偏仪的研制。在系统校准过程中采用多样品校准方法,利用校准得到的系统参数对待测样品进行成像椭偏分析,确定样品椭偏角ψ和σ及薄膜厚度的空间分布。为测试自制成像椭偏仪的准确性,本文对3 nm~300 nm 的SiO2/Si 样品在200 nm~1 000 nm 内多波长下进行成像椭偏测量。实验结果表明,SiO2 薄膜厚度最大相对测量误差小于6%。
成像椭偏仪 薄膜 椭偏测量 imaging ellipsometer thin film ellipsometry 
光电工程
2016, 43(1): 0055
作者单位
摘要
中国计量科学研究院, 北京 100029
基于单晶硅原子计数原理实现阿伏加德罗常数精密测量以及质量千克单位的复现,需要测量单晶硅球体的质量和体积,球表面几个纳米厚的非均匀氧化层分布的精密测量,是确定上述参量修正值的关键。用劳厄晶向法和激光标记确定了硅球表面坐标系统,比较了不同的硅球驱动方式,建立了基于光谱椭偏仪的自动化扫描测量装置,考察了扫描系统的重复性、稳定性;给出了NIM#3 号硅球扫描结果,表明表面氧化层椭偏扫描的短期重复性水平达到0.04 nm。
测量 单晶硅球 表面氧化层分布 扫描机构 光谱椭偏仪 
激光与光电子学进展
2016, 53(3): 031202
作者单位
摘要
1 西南民族大学 电气信息工程学院, 成都 610041
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
为了获得TiO2薄膜的光学常数, 采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪, 测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜, 得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度。根据TiO2的薄膜特性及成膜特点, 考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响, 建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型, 对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较。结果表明, 模型“基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层”可以得到最小的均方差为0.5544, 得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近。该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值。
薄膜 TiO2薄膜 椭偏仪 薄膜厚度 光学常数 films TiO2 film ellipsometer film thickness optical constant 
激光技术
2015, 39(6): 776
作者单位
摘要
1 电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
2 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
光谱椭偏仪是常用的测量薄膜厚度及材料光学性质的仪器,其准确性主要由系统的校准过程确定。提出一种新的利用标准样品校准光谱椭偏仪的方法。该方法通过对多个已知厚度和已知材料特性的薄膜样品进行测量,利用测量得到的多个样品的傅里叶系数光谱与包含未知校准参数的理论光谱之间进行对比,通过最小二乘法拟合,回归求解出整个系统的未知校准参数,包括偏振器方位角,波片延迟,波片方位角和系统入射角等。将该方法的应用领域扩展到200~1000 nm的宽光谱区域,并通过测量3~13 nm的SiO2/Si薄膜样品,实验验证了该方法的有效性,准确性达到0.194 nm。该方法相对于传统校准方法更加简单、快速。
薄膜 校准 光谱椭偏仪 最小二乘法 光学常数 
光学学报
2014, 34(3): 0312003

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